Biosensores para detectar la contaminación en alimentos y aguas en menos de 30 minutos

Los nuevos sistemas desarrollados por Tekniker integran tecnologías genéticas y sensores electroquímicos en chips microfluídicos desechables para detectar microorganismos directamente en el punto de riesgo. La solución se ha validado con muestras reales del sector agroalimentario y de circuitos de agua de grandes instalaciones, con resultados en menos de 30 minutos.

Los análisis microbiológicos convencionales requieren habitualmente tomar muestras, trasladarlas a laboratorios especializados y utilizar equipos de elevada complejidad y coste. El proceso puede prolongar el tiempo necesario para disponer de un diagnóstico y, por tanto, retrasar la adopción de medidas ante una posible contaminación.

Frente a este modelo, el centro tecnológico Tekniker, miembro de Basque Research and Technology Alliance (BRTA), ha trabajado en el desarrollo de una nueva generación de sensores portátiles capaces de detectar agentes biológicos y patógenos de forma rápida y directa en el lugar donde existe el riesgo. El proyecto se ha desarrollado en colaboración con Erreka Medical y el centro tecnológico Gaiker.

La tecnología combina técnicas genéticas con sensores electroquímicos integrados en chips microfluídicos desechables. El objetivo es reducir el tratamiento necesario de las muestras y trasladar parte de la capacidad analítica del laboratorio al propio entorno de producción o de control.

Una de las aplicaciones desarrolladas se dirige a la industria agroalimentaria. El sistema permite detectar la presencia de Listeria monocytogenes en muestras de productos lácteos como leche, queso, kéfir o yogur.

En estas matrices, la solución alcanza un límite de detección de 1 UFC por cada 25 gramos. La UFC, o unidad formadora de colonias, es una medida utilizada para cuantificar microorganismos viables capaces de multiplicarse y formar una colonia en un medio de cultivo. Según Tekniker, este nivel de detección se sitúa en línea con los requisitos establecidos por la legislación vigente en materia de seguridad alimentaria.

La aplicación de este tipo de sensores puede facilitar controles más próximos al proceso productivo, desde la recepción de materias primas hasta las distintas etapas de transformación y envasado. Tekniker también ha investigado sistemas para detectar otros microorganismos de interés en la industria alimentaria, entre ellos Staphylococcus aureus.

La segunda aplicación validada se centra en el control microbiológico del agua en grandes edificios e instalaciones. En este caso, el sistema monitoriza la presencia de Legionella spp. en agua de red y alcanza una sensibilidad inferior a 150 UFC por litro.

El interés de la tecnología reside en la posibilidad de realizar el análisis en el propio punto de control, sin depender exclusivamente del traslado de muestras a un laboratorio. “El diagnóstico se obtiene en menos de 30 minutos en ambos escenarios de aplicación”, explica Santos Merino, investigador de Tekniker.

La detección rápida puede permitir así disponer antes de información sobre la presencia de microorganismos y facilitar la toma de decisiones cuando se identifica una posible contaminación.

El desarrollo de estos sistemas no depende únicamente de conseguir detectar cantidades muy pequeñas de un microorganismo. También es necesario que el sensor sea capaz de identificar de forma específica el elemento buscado y discriminarlo de otros componentes presentes en la muestra.

Esta cuestión adquiere especial importancia en matrices complejas como los alimentos o el agua, donde pueden coexistir numerosos compuestos capaces de interferir en la señal. Tekniker trabaja en distintos principios de medida, entre ellos técnicas electroquímicas y ópticas, con el objetivo de ajustar la sensibilidad y la especificidad de cada sistema a la aplicación concreta.

En el ámbito agroalimentario, el centro también ha aplicado tecnologías de detección a otros problemas de control. Entre sus líneas de trabajo figura la identificación de alérgenos, como la tropomiosina de gamba, así como la detección de contaminantes como la acrilamida en alimentos y las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) en aguas.

Una de las vías utilizadas por Tekniker para detectar bacterias y virus combina la amplificación isotérmica LAMP de secuencias genéticas específicas con su posterior detección electroquímica. La solución se integra en un chip microfluídico y puede funcionar con un tratamiento mínimo de la muestra o, en determinados casos, sin pretratamiento.

Esta plataforma se ha validado para microorganismos de interés en diferentes ámbitos, entre ellos Legionella spp. en aguas, Listeria monocytogenes y Staphylococcus aureus en el sector agroalimentario y el virus SARS-CoV-2. También se está aplicando a la detección de genes relacionados con la virulencia y la resistencia a antibióticos.

El enfoque responde a una tendencia hacia sistemas de diagnóstico que sean más rápidos, portátiles y próximos al punto donde se genera o debe controlarse el riesgo. En el sector agroalimentario, estas tecnologías pueden contribuir a reforzar el seguimiento microbiológico sin depender exclusivamente de análisis centralizados.

Tras la validación de los sistemas en los sectores agroalimentario y medioambiental, Tekniker plantea extender esta tecnología al ámbito sanitario. Una de las líneas de trabajo contempla la detección temprana de microorganismos causantes de sepsis y de sus resistencias antimicrobianas.

El desarrollo de estos sistemas se enmarca en la estrategia del centro para trasladar tecnologías de biosensórica al diagnóstico in vitro. Tekniker trabaja en biosensores electroquímicos y fotónicos basados en micro y nanotecnologías para detectar, entre otros elementos, proteínas, bacterias, virus y moléculas nocivas en muestras humanas, agroalimentarias y medioambientales.