La invasión de los microarrays de anticuerpos

Ya sabemos de la existencia de numerosas especies de microorganismos extremófilos, adaptadas a las más variopintas condiciones desde temperaturas por encima de los 80ºC hasta la alta resistencia que presentan algunas a los rayos cósmicos. Sin embargo, seguimos investigando nuevos ecosistemas en las condiciones más extremas posibles sobre la superficie terrestre. Condiciones que en cierta manera nos puedan recordar a las de otros planetas como Marte. Y para ello, se hace más que necesario el desarrollo de tecnologías para el análisis in situ de muestras ambientales que, de momento, se aplican en los casos extremos terrestres como prueba, pero que en un futuro, serán parte de la instrumentación para la exploración planetaria.

Recientemente, investigadores del Centro de Astrobiología (CAB, INTA-CSIC, España) y la Universidad Católica del Norte (Chile) han descubierto microorganismos a dos metros de profundidad en el desierto más árido de la Tierra, el desierto de Atacama. Entre los microbios encontrados se encuentran microorganismos de los dominios Arquea y Bacteria poblando sustratos hipersalinos de halita con componentes higroscópicos (anhidrita y perclorato).  Estos componentes  permiten absorber el vapor de agua, condensándolo sobre la halita, además de disminuir el punto de congelación (hasta -20ºC incluso) debido a la alta concentración de sales, como afirma uno de los investigadores del proyecto. De esta forma, los microorganismos hallados disponen de agua y nutrientes a la profundidad de 2-3 metros, nada distinto de los organismos extremófilos ya descubiertos siempre que descartemos que este "oasis microbiano" no requiere luz solar ni oxígeno.

Microorganismos en crecimiento bajo el desierto de Atacama (Chile). Fuente: CAB, INTA/CSIC

Los microorganismos han sido descubiertos gracias a SOLID (Signs Of LIfe Detector), instrumento destinado para detectar vida en la exploración planetaria, desarrollado por el Centro de Astrobiología (CAB). Existen actualmente dos prototipos: SOLID2 (15 kg) y SOLID3 (6,5 kg), ambos destinados a zonas como Río Tinto (Huelva), la Antártida o el desierto de Atacama en Chile. Estos instrumentos poseen 18 módulos cada uno dotado con un LDChip (Life Detector Chip) que, con más de 300 anticuerpos específicos diferentes (en el caso de SOLID3, LDChip400), son capaces de detectar  moléculas resultantes de la actividad biológica de microorganismos. A grandes rasgos, SOLID extrae la materia orgánica de la muestra ambiental (ya sea líquida o sólida), la pone en contacto con los anticuerpos y toma nota de los resultados mediante una imagen.

SOLID2, instrumento de exploración planetaria,
con capacidad de analizar in situ hasta 18 muestras independientes simultáneamente.
Fuente: CAB.

La tecnología de estos biochips está basada en microarrays de anticuerpos. Pero, ¿qué es un microarray? ¿Qué relación tiene con la bioafinidad descrita?

Microarray de ADN.

El microarray de ADN común, permite fijar a una superficie sólida (vidrio, nitrocelulosa, nylon, etc.) genotecas completas o fragmentos de ADN en áreas muy reducidas de trabajo. Pues bien, el microarray de ADN se representa en un pequeña gradilla con un número de fragmentos de genoma de una especie determinada, digamos 1000 por ejemplo igual al número de pocillos de la gradilla. Cada pocillo de esos 1000 contendrá decenas de miles de moléculas iguales de un trozo de genoma de ADN. Este microarray tiene como finalidad indicar qué genes se expresan cuando se someten a dos condiciones ambientales distintas. El color amarillo aparece cuando los genes del pocillo se expresan por igual en las dos condiciones ambientales; y los colores verde o rojo representan el funcionamiento del gen en una u otra condición. Así podemos identificar la resistencia a condiciones extremas como aridez, altas temperaturas, radiación, etc, cuando los genes funcionan correctamente en estas condiciones de estrés.


Cuando las aplicaciones de esta técnica se destinan a instrumentación y detección basada en especificidad anticuerpo-antígeno, podemos hablar de Microarray de anticuerpos, ligeramente distintos a los normales, y de los que hace uso SOLID.

Microarray de 200 anticuerpos distintos. Fuente: CAB.

En cada celdilla se pueden encontrar hasta un millón de moléculas del anticuerpo destinado a esa celda.  Tras someter las muestras a los anticuerpos, nos queda una imagen como la superior, donde los puntos rojos indican que el antígeno está presente en la muestra ambiental. A partir de estos datos, se obtiene información sobre cómo pueden preservarse las moléculas de los microorganismos en dichas condiciones, la cantidad de moléculas dependiendo de la intensidad con la que se exprese el color rojo, etc.

La identificación mediante unión antígeno-anticuerpo funciona como un complejo llave-cerradura respectivamente (igual que el modelo biológico). Cada anticuerpo reconoce y se acopla a un solo antígeno de forma específica. No olvidemos que el anticuerpo surge como respuesta a un antígeno, sin el cual no podría haber sido creado. Los anticuerpos en este caso están formados por péptidos y proteínas y los antígenos o analitos por proteínas, polisacáridos, ADN, especies microbianas incluso, etc. Cuando hablamos de un biosensor basado en anticuerpos y antígenos (bioafinidad) nos referimos a un Inmunosensor.

Inmunosensor. Los antígenos se unen al anticuerpo por relación de especificidad y se activa la señal, en el caso de microarray de anticuerpos, coloración roja. 

Y por lo tanto, aquí tenemos al proyecto SOLID, tripulado por los microarrays de anticuerpos en su futura aventura por la exploración espacial, en búsqueda de biomoléculas que nos confirmen la existencia de vida, loable tarea teniendo en cuenta sus otras muchas aplicaciones.


Referencias:
http://cab.inta-csic.es/index.php?lng=es

NOTA: Esta entrada participa en la X Edición del Carnaval de Biología alojado en el blog Scientia .