{"id":133814,"date":"2020-04-06T10:56:20","date_gmt":"2020-04-06T09:56:20","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/?p=133814"},"modified":"2020-04-06T10:56:20","modified_gmt":"2020-04-06T09:56:20","slug":"biosensores-cianobacterianos-una-solucion-de-futuro-para-la-monitorizacion-in-situ-de-la-calidad-de-las-aguas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/remtavares\/2020\/04\/06\/133814","title":{"rendered":"Biosensores cianobacterianos, una soluci\u00f3n de futuro para la monitorizaci\u00f3n \u2018in situ\u2019 de la calidad de las aguas"},"content":{"rendered":"

La contaminaci\u00f3n del agua es un problema mundial que requiere la implementaci\u00f3n de soluciones para la caracterizaci\u00f3n y el tratamiento. Pero para decidir la mejor soluci\u00f3n, primero hay que identificar la magnitud del problema. En este contexto, desde hace d\u00e9cadas, los t\u00e9cnicos utilizan como herramientas el an\u00e1lisis qu\u00edmico y los bioensayos de toxicidad. En el caso del medio acu\u00e1tico se emplean organismos relevantes como las cianobacterias, que responden a la pregunta: \u00bfla muestra es t\u00f3xica?. Una evoluci\u00f3n de estos bioensayos de toxicidad es el uso de biosensores. Entre ellos, las cepas basadas en cianobacterias tienen especial relevancia debido a su papel como productores primarios en la cadena tr\u00f3fica. A pesar de ser una herramienta muy \u00fatil en el campo de la ecotoxicolog\u00eda, son muy escasos los biosensores cianobacterianos construidos hasta la fecha. En este art\u00edculo se comentan brevemente las cepas biorreporteras construidas, as\u00ed como las mejoras necesarias para su uso in situ<\/em>.<\/p>\n

Jara Hurtado-Gallego. Ingenier\u00eda Qu\u00edmica. Universidad de Alcal\u00e1<\/em>
\nEn las \u00faltimas d\u00e9cadas, la calidad del agua se ha visto afectada por el continuo vertido de contaminantes. Este deterioro es un problema mundial que requiere la mejora de la monitorizaci\u00f3n, y la implementaci\u00f3n de soluciones en el tratamiento y remediaci\u00f3n.<\/p>\n

Existe la necesidad de monitoreo de contaminantes en tiempo real in situ<\/em>. Las t\u00e9cnicas de an\u00e1lisis qu\u00edmico<\/span> que utilizan m\u00e9todos cromatogr\u00e1ficos y espectrosc\u00f3picos son muy precisas y sensibles, pero tambi\u00e9n costosas, ya que requieren equipos de laboratorio complejos, personal cualificado y, con bastante frecuencia, pretratamiento de muestras antes de poder realizar las mediciones.
\nLos bioensayos<\/span> son procedimientos mediante los cuales se estima el efecto potencial de una sustancia sobre la materia viva. Son importantes porque complementan los an\u00e1lisis qu\u00edmicos y responden a una pregunta simple que el an\u00e1lisis qu\u00edmico no puede: \u00bfla muestra es t\u00f3xica?<\/strong><\/p>\n

Estos bioensayos de toxicidad se llevan a cabo mediante pruebas est\u00e1ndar con organismos relevantes para el medio ambiente acu\u00e1tico, como microalgas o peces, siguiendo criterios de toxicidad (inhibici\u00f3n del crecimiento, inmovilizaci\u00f3n, tasa de alimentaci\u00f3n, mortalidad o reproducci\u00f3n), as\u00ed como marcadores bioqu\u00edmicos (contenido de pigmentos y actividades enzim\u00e1ticas).<\/p>\n

Con los a\u00f1os, se han desarrollado bioensayos de toxicidad menos laboriosos, \u00a0m\u00e1s r\u00e1pidos y rentables: los biosensores, que se definen como dispositivos que detectan, transmiten y registran informaci\u00f3n sobre un cambio fisiol\u00f3gico o bioqu\u00edmico [1<\/a>]. Estos dispositivos integran un elemento de reconocimiento biol\u00f3gico con un transductor f\u00edsico para generar una se\u00f1al medible, proporcional a la concentraci\u00f3n de los t\u00f3xicos [2<\/a>]<\/p>\n

Los biosensores se pueden agrupar seg\u00fan su elemento biol\u00f3gico o su elemento de transducci\u00f3n. Entre los elementos de reconocimiento biol\u00f3gico, la utilizaci\u00f3n de c\u00e9lulas enteras tienen el beneficio de una estabilidad mejorada y menor coste en comparaci\u00f3n con otros elementos biol\u00f3gicos y sobre todo, brindan informaci\u00f3n sobre la biodisponibilidad del contaminante [3<\/a>]. El uso de bacterias, levaduras y microalgas resulta muy conveniente facilidad de cultivo, manipulaci\u00f3n, conservaci\u00f3n y la posibilidad de manipulaci\u00f3n gen\u00e9tica [4<\/a>].<\/p>\n

Dependiendo de su elemento de transducci\u00f3n, los biosensores se pueden dividir en biosensores \u00f3pticos, electroqu\u00edmicos, termom\u00e9tricos, piezoel\u00e9ctricos o magn\u00e9ticos. Los \u00f3pticos son los biosensores m\u00e1s utilizados y su detecci\u00f3n se basa en la interacci\u00f3n del campo \u00f3ptico con un elemento de reconocimiento biol\u00f3gico. Los biosensores microbianos \u00f3pticos de c\u00e9lulas enteras responden a la presencia de qu\u00edmicos o tensiones fisiol\u00f3gicas a trav\u00e9s de la s\u00edntesis de una prote\u00edna indicadora, como pueden ser la luciferasa, la \u03b2-galactosidasa, o prote\u00edna verde fluorescente. Por lo tanto, la prote\u00edna indicadora presenta una se\u00f1al espec\u00edfica como se\u00f1al detectable [5<\/a>].<\/p>\n

Adem\u00e1s, se puede diferenciar los biosensores microbianos naturales, como aquellos que portan de forma natural su sistema reportero y los transg\u00e9nicos, que han sido modificados gen\u00e9ticamente para portarlos, en este \u00faltimo caso se conocen tambi\u00e9n como cepas biorreporteras<\/strong>.<\/p>\n

Estas cepas biorreporteras, en general, son c\u00e9lulas microbianas vivas intactas que han sido dise\u00f1adas gen\u00e9ticamente para producir una se\u00f1al medible en respuesta a un agente qu\u00edmico o f\u00edsico espec\u00edfico en su entorno.<\/p>\n

La modificaci\u00f3n gen\u00e9tica consiste en la introducci\u00f3n de un sistema reportero fusionado a una secuencia promotora en el organismo a trav\u00e9s de un vector gen\u00e9tico. El gen reportero t\u00edpicamente codifica una prote\u00edna reportera que finalmente genera una se\u00f1al detectable. Existen dos tipos principales de cepas biorreporteras microbianas dependiendo de la respuesta ambiental del promotor seleccionado para su desarrollo: no espec\u00edficos (Turn-off<\/em>) y espec\u00edficos (Turn-on<\/em>) [4<\/a>] (Figura 1).<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Figura 1<\/strong>. Concepto de cepas biorreporteras Turn-off<\/em> y Turn-on<\/em> basadas en la cianobacteria Anabaena<\/em> sp. A)\u00a0 Las cepas Turn-off<\/em>, detectan la toxicidad general como una disminuci\u00f3n en la se\u00f1al del gen reportero; el sistema reportero est\u00e1 fusionado con un promotor constitutivo y la toxicidad conduce a la inhibici\u00f3n de la se\u00f1al. B) En las cepas Turn-on<\/em>, el sistema reportero est\u00e1 fusionado a promotores de genes que responden a contaminantes \/ grupos de contaminantes espec\u00edficos que son inducidos en respuesta a estos qu\u00edmicos. Tomada de Mateo y col. (2015) [6<\/a>].<\/p>\n

Hasta la fecha, los biosensores o cepas biorreporteras m\u00e1s utilizados en ecotoxicolog\u00eda est\u00e1n basados en microorganismos modelo como pueden ser Escherichia coli<\/em> o Aliivibrio fischerii<\/em>. Estos biosensores, aunque eficaces a la hora de detectar y\/o cuantificar los contaminantes, carecen de relevancia ecol\u00f3gica en el medio ambiente acu\u00e1tico. Por ello, en los \u00faltimos a\u00f1os se han construido biosensores basados en microalgas, m\u00e1s concretamente en aquellas pertenecientes al grupo de las cianobacterias<\/strong>, cuyo papel como productores primarios, las hace organismos relevantes para evaluar la calidad del agua.<\/p>\n

Las cianobacterias ya se han aplicado en el campo de la construcci\u00f3n de cepas biorreporteras para estudios de ecotoxicolog\u00eda, pero de manera marginal en comparaci\u00f3n con otros microorganismos de menor relevancia ecol\u00f3gica [10<\/a>].<\/p>\n

Hasta la fecha, todas las cepas biorreporteras de cianobacterias construidas se basan en sistemas reporteros de luminiscencia y s\u00f3lo se han construido para detectar:<\/p>\n