Crean códigos de barras de ADN para rastrear mosquitos

Enfermedades como la fiebre del Nilo Occidental, el Zika, el dengue y la malaria son transmitidas por la picadura de mosquitos infectados. Para rastrear la amenaza de tales enfermedades en grandes poblaciones, los científicos necesitan saber dónde se encuentran estos insectos, dónde han estado y adónde podrían ir.

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Pero la captura, el etiquetado y la liberación de mosquitos individuales, como se hace comúnmente con murciélagos y otros animales con fines científicos, es casi imposible. Una técnica común de rastreo de mosquitos consiste en rociarlos con polvo fluorescente y dejarlos volar, pero la práctica es propensa a errores y es poco confiable.

Gracias a una colaboración entre investigadores de la Universidad Estatal de Colorado (CSU), EE. UU., ha presentado una mejor manera de realizar este tipo de seguimientos. El nuevo método, que consiste en hacer que las larvas de mosquito coman partículas inofensivas, hechas completamente de ADN y proteínas, tiene el potencial de revolucionar la forma en que las personas estudian las enfermedades transmitidas por estos insectos.

¿Cómo funciona?

Las partículas marcadoras surgen a partir de un descubrimiento en el Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la CSU. Durante los últimos años, el equipo del doctor Chris Snow ha desarrollado cristales a partir de una proteína que se encuentra originalmente en la bacteria Camplyobacter jejuni. Desde que se inventaron estos cristales microscópicos, no tóxicos, que cuentan con un arreglo muy preciso de poros, el equipo de Snow ha estado explorando diversas aplicaciones para ellos, como capturar partículas de virus para facilitar pruebas de aguas residuales.

En 2017, por pura casualidad, descubrieron que podían insertar fácilmente tintes fluorescentes o ADN sintético en sus cristales, y el ADN no se movía de su nicho, incluso después de múltiples lavados y exposición a solventes. Habían encontrado un material que se aferra a los ácidos nucleicos con mucha fuerza. Comenzaron entonces a pensar que estos fragmentos de ADN podrían actuar como «códigos de barras» dentro de los cristales porosos, proporcionando “huellas dactilares” únicas, cargadas de información.

La doctora Rebekah Kading, profesora asociada en el Departamento de Microbiología, Inmunología y Patología, se enteró de la investigación de Snow y pensó en una utilidad práctica para estos cristales.

¿Cómo logran marcar a los mosquitos?

Las larvas de mosquito ingieren biomasa enriquecida con los cristales de ADN en solución. A medida que se convierten en adultos, los cristales permanecen intactos en sus entrañas, creando un código que luego se puede leer a través de técnicas de laboratorio.

En el verano de 2020 y 2021, el equipo probó los cristales de marcado con mosquitos en pequeños sitios urbanizados del estado de Colorado. El verano siguiente, el equipo de Kading repitió los experimentos en otras áreas.

El método que los investigadores están demostrando es único en un sentido importante: a diferencia del marcado de mosquitos convencional, en el que los mosquitos adultos se extraen de las trampas y se analizan para detectar enfermedades, los códigos de barras de ADN son ingeridos por los mosquitos en sus estados larvarios y persisten con ellos a medida que se convierten en insectos adultos. De esta manera, los investigadores no solo pueden rastrear dónde terminaron los mosquitos, sino también dónde comenzaron y cómo se movieron. Tales conocimientos podrían resultar críticos para las aplicaciones de vigilancia de enfermedades en el futuro.

Con esto podrían tener un mapa de los mosquitos que se producen en un área determinada. También podrían identificar puntos críticos para la producción de mosquitos. Esto agregaría una dimensión completamente diferente de conocimiento a las operaciones de vigilancia y control en tiempo real.
La idea de que estos cristales de proteína diseñados puedan usarse en una aplicación de vigilancia de enfermedades, es creativa y también completamente sin precedentes.

¿Qué usos tendrá en el futuro?

Debido a que solo usan fragmentos de ADN sintético, los investigadores pueden incluir miles de códigos de barras por lote de mosquitos, lo que significa miles de etiquetas individuales. Se busca experimentar con un componente temporal del etiquetado: hacer que las larvas ingieran diferentes códigos de barras cada semana, para que los investigadores puedan saber no sólo dónde comenzaron y terminaron los mosquitos, sino también en qué momento comieron distintos códigos de barras. También buscan expandir los experimentos a ambientes tropicales, donde las enfermedades transmitidas por estos vectores son una amenaza diaria.

Al momento no están exactamente seguros de por qué los fragmentos de ADN persisten tan bien en sus entrañas. Quieren saber cuánto tiempo duran los códigos de barras en el intestino y si hay formas de mejorar el rendimiento, tal vez diseñando los cristales para que sean aún más pegajosos. Además, la escalabilidad es un factor importante. Ahora que esta tecnología ha demostrado ser funcional en el laboratorio, se examina la posibilidad de crear una aplicación comercial.

Los resultados de la investigación con el título “Marcado de mosquitos utilizando microcristales de proteína nanoporosa con código de barras de ADN” fueron publicados en la revista de revisión por pares PNAS Nexus, el 12 de septiembre de 2022.

Ilustración: Iván Rojas

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