La inteligencia artificial puede predecir qué virus nuevo infectará a los humanos
Jueves 30 de
Septiembre 2021
Investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign en Estados Unidos desarrollaron un nuevo sensor que puede detectar no solo si un virus está presente, sino si es infeccioso, una distinción importante para contener la propagación viral.
El sensor contiene fragmentos de ADN especialmente diseñados con detección de nanoporos, para detectar virus infecciosos en minutos sin la necesidad de pretratar las muestras, los cuales demostraron su funcionamiento con dos virus clave que causan infecciones en todo el mundo: el adenovirus humano y el virus que causa COVID-19. Yi Lu, profesor emérito de química, y Benito Marinas, profesor de ingeniería civil y ambiental, codirigieron el trabajo con el profesor Lijun Rong 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 Centro GSI Helmholtz de Investigación de Iones Pesados en Alemania. Informaron sus hallazgos en la revista Science Advances.
“El estado de infectividad es una información muy importante que nos puede decir si los pacientes son contagiosos o si un método de desinfección ambiental funciona”, dijo Ana Peinetti, la primera autora del estudio, quien realizó el trabajo mientras era investigadora postdoctoral en Illinois. Actualmente dirige un grupo de investigación en la Universidad de Buenos Aires. “Nuestro sensor combina dos componentes clave: moléculas de ADN altamente específicas y tecnología de nanoporos altamente sensible. Desarrollamos estas moléculas de ADN altamente específicas, denominadas aptámeros, que no solo reconocen los virus, sino que también pueden diferenciar el estado de infectividad del virus”, agregó.
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 o determinar si una persona es contagiosa. Esto puede hacer que sea más difícil rastrear y contener los brotes virales, dijeron los investigadores. “Con el virus que causa 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. Cuando una persona se recupera y no es infecciosa, el nivel de ARN viral puede ser muy alto. Las pruebas de antígenos siguen un patrón similar, aunque incluso más tarde que el ARN viral. Por lo tanto, las pruebas de ARN viral y de antígenos son deficientes para informar si un virus es infeccioso o no. Puede resultar en un tratamiento retrasado o en cuarentena, o la liberación prematura de aquellos que aún pueden ser contagiosos”, precisó Lu.
Existen pruebas que detectan virus infecciosos, llamadas ensayos de placa, 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 dado que no requiere un tratamiento previo de la muestra, se puede usar 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 puedan contener otros contaminantes es importante no solo para el diagnóstico rápido de pacientes que se encuentran en la etapa inicial de la 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. La capacidad de detectar adenovirus infecciosos en presencia de virus convertidos en no infecciosos por los desinfectantes del agua y otras sustancias de fondo potencialmente interferentes en aguas residuales y aguas naturales contaminadas, proporciona un enfoque novedoso sin precedentes. Vemos potencial para que dicha tecnología brinde una protección más sólida del medio ambiente y la salud pública”, agregó Marinas.
“La técnica de detección podría aplicarse a otros virus, dicen los investigadores, modificando el ADN para apuntar a 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”, completó Lu, ahora profesor en la Universidad de Texas en Austin.
Los investigadores están trabajando para mejorar aún más la sensibilidad y selectividad de los sensores, y están integrando sus aptámeros de ADN con otros métodos de detección, como varillas reactivas que cambian 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 esperan que su tecnología también pueda ayudar a comprender los mecanismos de infección.
“Además, la tecnología de aptámeros podría desarrollarse aún más en plataformas multicanal para detectar otros patógenos virales emergentes transmitidos por el agua de preocupación para la salud pública y ambiental, como el norovirus y los enterovirus, o para variantes del virus que causa COVID-19″, concluyó Marinas.
“El estado de infectividad es una información muy importante que nos puede decir si los pacientes son contagiosos o si un método de desinfección ambiental funciona”, dijo Ana Peinetti, la primera autora del estudio, quien realizó el trabajo mientras era investigadora postdoctoral en Illinois. Actualmente dirige un grupo de investigación en la Universidad de Buenos Aires. “Nuestro sensor combina dos componentes clave: moléculas de ADN altamente específicas y tecnología de nanoporos altamente sensible. Desarrollamos estas moléculas de ADN altamente específicas, denominadas aptámeros, que no solo reconocen los virus, sino que también pueden diferenciar el estado de infectividad del virus”, agregó.
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 o determinar si una persona es contagiosa. Esto puede hacer que sea más difícil rastrear y contener los brotes virales, dijeron los investigadores. “Con el virus que causa 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. Cuando una persona se recupera y no es infecciosa, el nivel de ARN viral puede ser muy alto. Las pruebas de antígenos siguen un patrón similar, aunque incluso más tarde que el ARN viral. Por lo tanto, las pruebas de ARN viral y de antígenos son deficientes para informar si un virus es infeccioso o no. Puede resultar en un tratamiento retrasado o en cuarentena, o la liberación prematura de aquellos que aún pueden ser contagiosos”, precisó Lu.
Existen pruebas que detectan virus infecciosos, llamadas ensayos de placa, 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 dado que no requiere un tratamiento previo de la muestra, se puede usar 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 puedan contener otros contaminantes es importante no solo para el diagnóstico rápido de pacientes que se encuentran en la etapa inicial de la 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. La capacidad de detectar adenovirus infecciosos en presencia de virus convertidos en no infecciosos por los desinfectantes del agua y otras sustancias de fondo potencialmente interferentes en aguas residuales y aguas naturales contaminadas, proporciona un enfoque novedoso sin precedentes. Vemos potencial para que dicha tecnología brinde una protección más sólida del medio ambiente y la salud pública”, agregó Marinas.
“La técnica de detección podría aplicarse a otros virus, dicen los investigadores, modificando el ADN para apuntar a 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”, completó Lu, ahora profesor en la Universidad de Texas en Austin.
Los investigadores están trabajando para mejorar aún más la sensibilidad y selectividad de los sensores, y están integrando sus aptámeros de ADN con otros métodos de detección, como varillas reactivas que cambian 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 esperan que su tecnología también pueda ayudar a comprender los mecanismos de infección.
“Además, la tecnología de aptámeros podría desarrollarse aún más en plataformas multicanal para detectar otros patógenos virales emergentes transmitidos por el agua de preocupación para la salud pública y ambiental, como el norovirus y los enterovirus, o para variantes del virus que causa COVID-19″, concluyó Marinas.
Con información de
Infobae
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