Un nuevo sensor puede distinguir virus infecciosos de no infecciosos gracias a fragmentos de ADN selectivos y tecnología de nanoporos sensibles. Crédito: Imagen cortesía de Ana Peinetti
Un nuevo sensor puede detectar no solo si hay un virus presente, sino también si es infeccioso, una distinción importante para frenar la propagación viral.
Los investigadores y colaboradores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign desarrollaron el sensor, que integra fragmentos de ADN especialmente diseñados y detección de nanoporos, para identificar y detectar virus infecciosos en minutos sin necesidad de pretratar las muestras. Demostraron el poder del sensor con dos virus principales que causan infecciones en todo el mundo: el adenovirus humano y el virus que causa el COVID-19.
Yi Lu, profesor emérito de química, y Benito Marinas, profesor de ingeniería civil y ambiental, codirigieron el trabajo con Lijun Rong, profesor de la Universidad de Illinois en Chicago; el profesor Omar Azzaroni, de la Universidad Nacional de La Plata, en Argentina; y María Eugenia Toimil-Molares, del GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research de Alemania. Informaron sus hallazgos en la revista Science Advances.
“El estado de infecciosidad es una información muy importante que nos puede decir si los pacientes son contagiosos o si funciona un método de desinfección ambiental”, dijo Ana Peinetti, primera autora del estudio, quien realizó el trabajo como investigadora postdoctoral en Illinois. Ahora dirige un grupo de investigación en la Universidad de Buenos Aires en Argentina. “Nuestro sensor combina dos componentes clave: moléculas de ADN altamente específicas y tecnología de nanoporos altamente sensible. Hemos desarrollado estas moléculas de ADN altamente específicas llamadas aptámeros que no solo reconocen virus, sino que también pueden diferenciar el estado de infectividad del virus».
Los aptámeros de ADN se unen selectivamente a los virus infecciosos. Además del sensor de nanoporos, se pueden integrar en otras plataformas, como varillas que cambian de color. Crédito: Imagen cortesía de Ana Peinetti
El «estándar de oro» de la detección viral, las pruebas de PCR detectan material genético viral pero no pueden distinguir si una muestra es infecciosa ni determinar si una persona es contagiosa. Eso puede dificultar el seguimiento y la contención de los brotes virales, dijeron los investigadores.
“Con el virus que causa el COVID-19, se ha demostrado que el nivel de ARN viral tiene una correlación mínima con la infectividad del virus. En la etapa inicial, cuando una persona está infectada, el ARN viral es bajo y difícil de detectar, pero la persona es altamente contagiosa”, dijo Lu. “Cuando una persona está recuperada y no infecciosa, el nivel de ARN viral puede ser muy alto. La prueba de antígeno sigue un patrón similar, aunque más tarde que el ARN viral. Por lo tanto, las pruebas de ARN y antígenos virales son deficientes para determinar si un virus es infeccioso o no. Esto podría dar como resultado un retraso en el tratamiento o la cuarentena, o la liberación prematura de aquellos que aún pueden ser contagiosos”.
Existen pruebas que detectan virus infecciosos, llamadas ensayos de placas, pero requieren una preparación especial y días de incubación para obtener resultados. El nuevo método de detección puede producir resultados en 30 minutos a dos horas, informan los investigadores, y debido a que no requiere un tratamiento previo de la muestra, puede usarse en virus que no crecerán en el laboratorio.
Ser capaz de distinguir los virus infecciosos de los no infecciosos y detectar pequeñas cantidades de muestras no tratadas que pueden contener otros contaminantes es importante no solo para el diagnóstico rápido de pacientes que se encuentran en una etapa temprana de infección o que aún son contagiosos después del tratamiento, sino también para el monitoreo ambiental también, dijo Marinas.
“Elegimos el adenovirus humano para demostrar nuestro sensor porque es un patógeno viral emergente transmitido por el agua que preocupa en los Estados Unidos y en todo el mundo”, dijo Marinas. “La capacidad de detectar adenovirus infecciosos en presencia de virus convertidos en no infecciosos por los desinfectantes del agua y otras sustancias de fondo que pueden interferir en las aguas residuales y las aguas naturales contaminadas ofrece un nuevo enfoque sin precedentes. Vemos potencial para que esta tecnología brinde una protección más sólida del medio ambiente y la salud pública”.
La técnica de detección podría aplicarse a otros virus, dicen los investigadores, ajustando el ADN para atacar diferentes patógenos. Los aptámeros de ADN utilizados en el sensor se pueden producir fácilmente con sintetizadores de ADN ampliamente disponibles, de manera similar a las sondas de ARN producidas para las pruebas de PCR. Los sensores de nanoporos también están disponibles comercialmente, lo que hace que la técnica de detección sea fácilmente escalable, dijo Lu, ahora profesor de la Universidad de Texas en Austin.
Los investigadores están trabajando para mejorar aún más la sensibilidad y la selectividad de los sensores, y están integrando sus aptámeros de ADN con otros métodos de detección, como tiras reactivas de cambio de color o sensores para trabajar con teléfonos inteligentes, para eliminar la necesidad de equipos especiales. Con la capacidad de distinguir los virus no infecciosos de los infecciosos, los investigadores dijeron que esperaban que su tecnología también pudiera ayudar a comprender los mecanismos de infección.
“Además, la tecnología de aptámeros se puede desarrollar en plataformas multicanal para detectar otros patógenos virales emergentes de salud pública y ambientales, como norovirus y enterovirus, o variantes del virus que causa el COVID-19”, dijo Marinas.
Referencia: «Detección directa de adenovirus humano o SARS-CoV-2 con capacidad para informar la infectividad mediante sensores de nanoporos aptámeros de ADN» por Ana S. Peinetti, Ryan J. Lake, Wen Cong, Laura Cooper, Yuting Wu, Yuan Ma, Gregory T Pawel, María Eugenia Toimil-Molares, Christina Trautmann, Lijun Rong, Benito Mariñas, Omar Azzaroni y Yi Lu, 22 de septiembre de 2021, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.abh2848
Este trabajo fue apoyado por una subvención RAPID de la Fundación Nacional de Ciencias y una subvención inicial del Instituto de Sustentabilidad, Energía y Medio Ambiente de Illinois y el Instituto Illinois-JITRI. Peinetti contó con el apoyo de la Beca Latinoamericana PEW.
