En un pueblo remoto un trabajador humanitario pincha la yema del dedo de un niño enfermizo, y como la mayoría de las muestras de sangre de otros niños, éste vuelve amarilla una tira reactiva. Así es como una prueba de desnutrición experimental hecha con entrañas bacterianas podría funcionar algún día para exponer las deficiencias generalizadas de zinc a las que se atribuye aproximadamente medio millón de muertes al año.

Estas entrañas incluyen plásmidos, que son bucles de ADN. No son las mismas cadenas de ADN detrás de la reproducción y la construcción celular, pero funcionan como nano-órganos con programas genéticos que normalmente guían los procesos de las células bacterianas. En un estudio dirigido por el Instituto de Tecnología de Georgia, los investigadores diseñaron sus propios plásmidos para dirigir otras partes extraídas de bacterias para que el análisis de sangre funcionara.

La nueva tecnología mostró un alto potencial como base para un prueba de desnutrición fácil de usar en el campo que podría ampliarse para incluir muchos nutrientes vitales y otros indicadores de salud.

El nuevo, la prueba experimental se liofiliza hasta obtener un polvo que se mantiene a la temperatura diaria, podría leerse en el campo, y puede ser adecuado para un análisis preciso con una aplicación de teléfono inteligente aplicable. Podría superar las tribulaciones clínicas y logísticas de otras pruebas, incluido el transporte refrigerado al campo o de regreso a un laboratorio, así como el tiempo perdido.

La prueba no solo detecta zinc sino que también cuantifica sus niveles clínicamente relevantes, que es necesaria para detectar la desnutrición y es una de las principales innovaciones de la nueva prueba. Las agencias de ayuda podrían utilizar una versión de campo de la prueba para obtener información inmediata para influir rápidamente en las decisiones políticas sobre intervenciones nutricionales.

Hambre oculta

Dos mil millones de personas en todo el mundo sufren deficiencias de micronutrientes, que cobran millones de vidas cada año, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades. La deficiencia de zinc por sí sola fue atribuida a más de 450 000 muertes en 2009, según un estudio del European Journal of Clinical Nutrition.

Pero detectar la desnutrición es complicado.

"En el mundo en desarrollo de hoy, muchas personas pueden consumir suficientes calorías pero pierden muchos nutrientes. Puede mirar a alguien y saber si está obteniendo suficientes calorías, pero no si está obteniendo cantidades suficientes de nutrientes importantes para el desarrollo. "dijo Mark Styczynski, quien dirigió el estudio y es profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular de Georgia Tech.

"El impacto es mayor en las madres embarazadas y los niños menores de 5 años, que es cuando tienen la mayor mortalidad, " él dijo.

El equipo de investigación que incluía colaboradores de la Northwestern University, publicó su estudio en la revista Avances de la ciencia el 25 de septiembre 2019. La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Ciencias, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, la Fundación David y Lucille Packard, y el Programa de Maestros-Académicos Camille Dreyfus.

Lo pequeño es enorme

La ingeniería con vísceras bacterianas tiene al menos 25 años, con la investigación que se aceleró en la última década. Pero esta nueva prueba señala moléculas pequeñas, como zinc o yodo, otra gran innovación.

La cuantificación de iones de zinc en este estudio en particular fue la prueba de concepto para los planes para medir muchas moléculas pequeñas relevantes para las pruebas de campo. Los investigadores podrían expandir rápidamente la prueba para evaluar los niveles de los seis nutrientes vitales de moléculas pequeñas, micronutrientes, que son de gran relevancia para el trabajo de campo nutricional.

"Es posible que podamos hacer nuevas pruebas de hierro con razonable rapidez, B12, folato yodo, y vitamina A, Styczynski dijo:"También podríamos cuantificar moléculas más grandes como el ADN y las proteínas para ayudar a determinar qué tan grave es un brote viral".

"Detectar la presencia o ausencia de algo como el ébola o el embarazo es importante. Pero poder decir cuánto de algo tienes, como un nutriente o un virus, sin tener que transportar equipo por el campo para hacerlo ha faltado. La capacidad de hacerlo podría abrir muchas puertas en el diagnóstico y el tratamiento, "Dijo Styczynski.

Bacterias destripadoras

La facilidad de uso de las pruebas experimentales de zinc contrasta fuertemente con el trabajo requerido para diseñarlas. Los investigadores comenzaron utilizando bacterias vivas que cambiaban de color en reacción al zinc, pero ese enfoque tuvo problemas.

"La prueba tomó demasiado tiempo, y el volumen de sangre y bacterias que necesitaríamos no estaba claro, Styczynski dijo. fuimos libres de celulares. Toma las bacterias y elimina el exterior y el genoma, el ADN principal, y queda esta rica mezcla de partes muy reactivas, al que puede agregar su propio programa genético en los plásmidos ".

Los enfoques sin células permiten que las entrañas bacterianas se dosifiquen como compuestos en una reacción química, hacer que la prueba sea predecible, de confianza, y adecuado para la estandarización. Los investigadores construyeron dos plásmidos para impulsar los procesos de la prueba.

"Uno tiene los genes tomados de E. coli para una enzima que descompone un azúcar grande en azúcares más pequeños. El otro controla la cantidad de un gen regulador que se activa en respuesta a los niveles de zinc, "Dijo Styczynski.

Volviéndose morado

La prueba usa una molécula de señal que es en parte un azúcar grande y comienza en amarillo, pero una vez que el plásmido produce una enzima que escinde el azúcar, la molécula se vuelve violeta. Los niveles de zinc regulan la cantidad de enzima que se produce; más zinc significa más enzima y más púrpura. Si la prueba permanece amarilla, el zinc es peligrosamente bajo.

Cuando se prueba en suero, es decir, sangre, su rica biología entorpece la reacción, y en el mundo real, ese desorden difiere de una persona a otra y distorsionaría los esquemas de color de un paciente a otro.

Los investigadores resolvieron esto con un truco químico para hacer un sistema de calibración que fluye con ese sesgo. Para la prueba real, el zinc regulaba cómo los plásmidos alteran el color, pero el primer autor del estudio, Monica McNerney, cosas volteadas para el calibrador.

Para hacer sus puntos de referencia, Llevó al máximo los niveles de zinc y varió los niveles de plásmidos punto por punto, resultando en una escala de colores.

Tanto la prueba como los puntos de calibración de plásmidos variados recibieron el suero a analizar, y el desorden cambió la prueba y los puntos de calibración de manera idéntica. El color cambiado de la prueba podría compararse con precisión con los colores de los puntos de calibración para determinar los niveles de zinc.

Los colores están en el rango visible, no fluorescente, por lo que no requieren ningún dispositivo para leer. La velocidad del cambio de color podría revelar más detalles sobre los niveles de nutrientes, quizás a través de un análisis del video de un teléfono inteligente tomado de la prueba.