El tubo de ensayo de la izquierda muestra un resultado positivo real del agua muestreada en Costa Rica. El tubo del medio es un control negativo. El tubo de la derecha es un control positivo. Crédito:Julius B. Lucks / Northwestern University
Los biólogos sintéticos de la Universidad Northwestern desarrollaron una Prueba nueva y económica que puede detectar niveles peligrosos de fluoruro en el agua potable.
Cuesta solo unos centavos para hacer el sistema solo necesita un goteo y un movimiento rápido:gotee una pequeña gota de agua en un tubo de ensayo preparado, Mueva el tubo una vez para mezclarlo y espere. Si el agua se pone amarilla, entonces hay una cantidad excesiva de fluoruro, que excede los estándares regulatorios más estrictos de la EPA.
Este método es completamente diferente de las pruebas actuales, que cuestan cientos de dólares y, a menudo, requieren experiencia científica para su uso.
Los investigadores probaron el sistema tanto en el laboratorio de Northwestern como en el campo en Costa Rica. donde el fluoruro es naturalmente abundante cerca del volcán Irazú. Cuando se consume en grandes cantidades durante largos períodos de tiempo, el fluoruro puede causar fluorosis esquelética, una condición dolorosa que endurece los huesos y las articulaciones.
Los estadounidenses tienden a pensar en los beneficios para la salud de las pequeñas dosis de flúor que fortalecen los dientes. Pero en otras partes del mundo específicamente en partes de África, Asia y América Central, El fluoruro se produce de forma natural a niveles peligrosos de consumir.
"En los Estados Unidos, escuchamos sobre el flúor todo el tiempo porque está en la pasta de dientes y en el suministro de agua municipal, "dijo Julius Lucks de Northwestern, quien lideró el proyecto. "Produce fluoruro de calcio, que es muy duro, por lo que fortalece nuestro esmalte dental. Pero por encima de cierto nivel el flúor también endurece las articulaciones. En la mayoría de los casos, esto no es un problema en los EE. UU., Pero puede ser un problema debilitante en otros países si no se identifica y aborda ".
La investigación fue publicada en línea la semana pasada (13 de diciembre) en la revista Biología sintética ACS .
Lucks es profesor asociado de ingeniería química y biológica en la Escuela de Ingeniería McCormick y miembro del Centro de Biología Sintética de Northwestern. El trabajo se realizó en colaboración con Michael Jewett, profesor de ingeniería química y biológica en McCormick y director del Centro de Biología Sintética. Estudiantes de posgrado Walter Thavarajah, Adam Silverman y Matthew Verosloff encabezaron la investigación.
Ph.D. de la Universidad Northwestern El candidato Matthew Verosloff toma muestras de agua de un río en Costa Rica. Crédito:Matthew Verosloff / Northwestern University
Éxito de la prueba de campo
El fluoruro es un elemento natural, que puede filtrarse del lecho de roca al agua subterránea. También se encuentra en cenizas volcánicas, el fluoruro es particularmente abundante en las regiones que rodean a los volcanes.
Hogar de tres sistemas de rango volcánico, Costa Rica parecía un lugar natural para probar el dispositivo en el campo. Matthew Verosloff, un doctorado candidato en el laboratorio de Lucks, viajó a Costa Rica y tomó muestras de varias muestras de agua, de charcos de lodo, estanques y acequias.
"Todas las pruebas de estas muestras de campo funcionaron, "Suerte dijo." Es emocionante que funcione en el laboratorio, pero es mucho más importante saber que funciona en el campo. Queremos que sea fácil solución práctica para las personas que más lo necesitan. Nuestro objetivo es capacitar a las personas para que controlen la presencia de fluoruro en su propia agua ".
Cómo funciona
Aunque el dispositivo es fácil de usar, el tubo de ensayo preparado alberga una sofisticada reacción de biología sintética. Lucks ha pasado años trabajando para comprender los mecanismos de plegamiento del ARN. En su nueva prueba, él pone a trabajar este mecanismo de plegado.
"El ARN se pliega en un pequeño bolsillo y espera un ion fluoruro, ", explicó." El ion puede caber perfectamente en ese bolsillo. Si aparece el ion, luego, el ARN expresa un gen que hace que el agua se vuelva amarilla. Si el ion no aparece, luego, el ARN cambia de forma y detiene el proceso. Es literalmente un cambio ".
Según Lucks, los organismos ya realizan esta función en la naturaleza. "Fluoride is toxic to bacteria, " he said. "They use RNA to sense fluoride in the cell, then they make a protein to pump it out and detoxify."
Lucks' system works in the same way. But instead of producing a protein pump, his test produces a protein enzyme that makes a yellow pigment, so people can see the results with a simple glance.
Lucks' team freeze-dried the RNA reaction, which looks like a tiny cotton ball, and put it into a test tube. In this form, the reaction is safe and shelf-stable. A small pipette accompanies the test tube. When placed in water, the pipette absorbs exactly 20 microliters—just the small drop that's needed to rehydrate the reaction. Desde allí, it takes two hours to get a result, which Lucks intends to accelerate in future iterations.
"We're currently limited to testing for fluoride, " said Thavarajah, el primer autor del artículo. "But we're trying to engineer other RNAs to detect all sorts of targets."
