Microbiosensor que detecta bacterias benéficas para la salud en los alimentos

En la industria alimentaria es muy importante garantizar la calidad y la inocuidad de los productos que consume la población a fin de mejorar sus propiedades y disminuir las enfermedades transmitidas por los alimentos. Por ello, un equipo de investigadores mexicanos desarrolló un microbiosensor que detecta bacterias benéficas para la salud. Este dispositivo micromecánico, que se caracteriza por ser económico, rápido, selectivo y confiable, es el primero en su tipo que se realiza en el país, y ha sido utilizado para evaluar el crecimiento del microorganismo probiótico L. plantarum 299v, útil en la elaboración de productos lácteos fermentados.

El biosensor es capaz de monitorear el crecimiento de cerca de 400 células en tan sólo 30 minutos, en comparación con el método tradicional que requiere por lo menos 24 horas de incubación.

Esta tecnología, que tiene potencial de aplicación en la industria alimentaria y el sector salud, fue desarrollada por  especialistas del Instituto Politécnico Nacional (IPN) en colaboración con el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), y el proyecto de investigación de su desarrollo obtuvo el Premio Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos 2013 (PNCTA) en la Categoría Profesional en Tecnología de Alimentos, que desde hace 38 años organizan el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología y la Industria Mexicana de Coca-Cola.

El doctor Jorge Chanona Pérez, de la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas (ENCB) del IPN y coordinador de la investigación, indica que estos dispositivos tienen una alta sensibilidad y pronto será posible hacerlos portátiles y a bajo costo.

“Hemos construido el microbiosensor como prueba de concepto para evaluar su potencial en la biodetección de bacterias; el dispositivo está basado en aprovechar la resonancia de una palanca o viga (cantilever) de tamaño micrométrico, para evaluar pequeños cambios de masa del orden de los nanogramos (que es el peso aproximado de una bacteria)”.
Chanona Pérez explica que construyeron el microbiosensor empleando un portacantilever que soporta una viga fabricada de silicio, de 125 micrometros de largo por 50 de ancho y 4 de espesor.

La micropalanca es química y biológicamente modificada, y se emplearon microcapilares para recubrirla con un sustrato específico al crecimiento de bacterias lácticas, luego se inoculó con la muestra “problema”, y la viga se hizo vibrar a una frecuencia de resonancia específica con el escáner de un microscopio de fuerza atómica, el cual permite monitorear el amortiguamiento que sufre la micropalanca debido a los pequeños cambios de masa que ocurren cuando los microorganismos crecen sobre su superficie -similar al comportamiento de un trampolín cuando se le agrega más peso-, de esta forma fue posible detectar el crecimiento de las bacterias en forma dinámica a los pocos minutos de inoculación. 

El especialista del IPN detalla que además de estas bacterias benéficas, los micro y nanobiosensores pueden detectar otros microrganismos, como los patógenos; hongos; levaduras; agentes infecciosos (virus); toxinas; partículas contaminantes y biomoléculas, provenientes de distintas fuentes, como agua, aire, tierra o alimentos.

El porcentaje de biosensores para alimentos basados en micro y nanotecnología que se comercializa es aún mínimo, en el país apenas comienza a trabajarse en aplicaciones biológicas o médicas, por lo que es un campo de oportunidades para el desarrollo de ciencia básica e innovación tecnológica.

En el IPN se han conformado diversos grupos multidisciplinarios, que desarrollan micro y nanobiosensores, en búsqueda de que en un futuro puedan construirse en México sistemas de biodetección con mayor portabilidad, sensibilidad, especificidad y menor costo, a fin de hacer pruebas in situ,  sin requerir de personal especializado, es decir, tal como se hace hoy con los termómetros digitales y glucómetros.

La construcción  del microbiosensor se gestó hace cuatro años y fue producto del trabajo de tesis de la doctora Angélica Gabriela Mendoza Madrigal. Se requirió de un equipo mutidisciplinario de especialistas, en el que participaron los investigadores Juan Vicente Méndez, Georgina Calderón Domínguez, Eduardo Palacios González y Humberto Hernández Sánchez, adscritos al doctorado en alimentos de la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, del Centro de Nanociencias y Micro y Nanotecnologías, y del Instituto Mexicano del Petróleo.