Un 'mini ciclón' ayuda a detectar el coronavirus en el aire

Los científicos han creado una máquina de muestreo de aire que tarda sólo unos minutos en detectar el virus que causa el COVID-19. Esta ilustración tridimensional muestra el diseño final propuesto de ese dispositivo.

Joseph Puthussery/Universidad de Washington. en San Luis

Por Tina Hesman Say

9 de agosto de 2023 a las 6:30 am

Si alguna vez entra a una habitación y se pregunta si el virus que causa el COVID-19 anda por ahí, no está solo. Ahora hay un dispositivo que podría responder a esa pregunta. Los investigadores han creado una máquina succionadora de aire capaz de detectar rápidamente el coronavirus.

La máquina es un poco más grande que una tostadora. En sólo cinco minutos, puede detectar entre siete y 35 partículas del virus SARS-CoV-2 por metro cúbico (35 pies cúbicos) de aire. Es aproximadamente la misma sensibilidad que las pruebas con hisopos nasales que se basan en la PCR, dice Rajan Chakrabarty. Es un científico de aerosoles en la Universidad de Washington en St. Louis, Missouri.

Su equipo describió su innovación el 10 de julio en Nature Communications.

Un desafío al que se enfrentó el equipo fue recolectar suficiente aire para concentrar las partículas de coronavirus. Los sistemas anteriores desarrollados por otros aspiraban entre dos y ocho litros (cuartos de galón) de aire por minuto. Este muestreador extrae 1.000 litros por minuto.

Para atrapar el virus, dice Chakrabarty, su equipo creó "un ciclón artificial dentro del muestreador". Una vez dentro, el aire se mezcla con el líquido en un rápido remolino. Esta acción ciclónica lanza la suspensión contra la pared del detector. Cualquier virus ahora se concentrará allí.

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Un filtro HEPA adjunto al dispositivo elimina los virus transmitidos por el aire que no se hayan capturado en el líquido. Después de cinco minutos de recolección, el sistema bombea el líquido rico en virus a un biosensor.

Ese sensor tiene un electrodo conectado a una proteína especializada del sistema inmunológico producida por las llamas y sus parientes. Conocido como nanocuerpo, combate las infecciones como lo hacen los anticuerpos humanos. Pero esta proteína es más pequeña y algo más dura.

El nanocuerpo captura la proteína de pico de cualquier coronavirus que pase. La electricidad fluye desde el electrodo a través del nanocuerpo y la proteína de pico. Eso hace que un aminoácido en particular, un componente básico de la proteína de pico, pierda electrones. Su pérdida provoca un cambio de voltaje. Y eso indica que el SARS-CoV-2 está presente.

El equipo de la Universidad de Washington colocó su dispositivo en los apartamentos de dos voluntarios. Cada uno tenía una infección confirmada por COVID-19. Esto permitiría al equipo probar qué tan bien la herramienta podría detectar el virus en condiciones del mundo real.

Y detectó “incluso las mínimas cantidades de virus que los pacientes eliminaban”, dice Chakrabarty. Cuando se colocó en una sala de conferencias vacía y bien ventilada, el dispositivo no detectó ningún virus.

"Han demostrado que funciona", dice Linsey Marr. Es científica de aerosoles en Virginia Tech en Blacksburg. Este nuevo sistema puede “detectar [el] virus en niveles bajos que nos preocuparían en el aire”, dice. Como parte del estudio de cómo se propagan los gérmenes, el equipo de Marr también está desarrollando un detector de virus.

Quedan algunos desafíos. Por un lado, el nuevo dispositivo es ruidoso, casi tan ruidoso como una aspiradora o el timbre de un teléfono. La gente podría considerarlo tolerable a corto plazo. Pero eso es demasiado ruidoso, dice Marr, para funcionar sin parar en un salón de clases o en una oficina.

El sistema también es costoso. Chakrabarty dice que el costo de construir uno en un laboratorio de investigación oscila entre 1.400 y 1.900 dólares.

Las versiones comerciales pueden resultar demasiado caras para uso doméstico, dice Marr. Pero cree que los hospitales, aeropuertos y otras áreas públicas podrían beneficiarse de ellas. Podría ser posible conectar los dispositivos al suministro de aire para sistemas que calientan, enfrían y ventilan edificios. Luego, esos sistemas podrían aumentar el flujo de aire y la filtración cuando se detecte el virus.

Mientras tanto, Chakrabarty ya está pensando en los próximos pasos para el dispositivo de su equipo. Espera agregar nanocuerpos de llama para detectar también otros virus transmitidos por el aire, como el que causa la gripe.

aerosol : (adj. aerosolizado) Una pequeña partícula sólida o líquida suspendida en el aire o en forma de gas. Los aerosoles pueden ser naturales, como la niebla o el gas de las erupciones volcánicas, o artificiales, como el humo de la quema de combustibles fósiles.

anticuerpos : Cualquiera de una gran cantidad de proteínas que el cuerpo produce a partir de las células B y libera al suministro de sangre como parte de su respuesta inmune. La producción de anticuerpos se desencadena cuando el cuerpo encuentra un antígeno, algún material extraño. Luego, los anticuerpos se fijan en los antígenos como primer paso para desactivar los gérmenes u otras sustancias extrañas que fueron la fuente de esos antígenos.

comercial : Adjetivo para algo que está listo para la venta o que ya se está vendiendo. Los bienes comerciales son aquellos capturados o producidos para otros, y no únicamente para consumo personal.

coronavirus : Familia de virus que reciben su nombre por las púas en forma de corona que tienen en su superficie (corona significa “corona” en latín). Los coronavirus causan el resfriado común. La familia también incluye virus que causan infecciones mucho más graves, como el SARS y el COVID-19.

COVID-19 : Nombre dado a la enfermedad que estalló en una pandemia global masiva en 2020. Surgió por primera vez en 2019 y es causada por un nuevo coronavirus conocido como SARS-CoV-2. Los síntomas pueden incluir neumonía, dificultad para respirar, sentirse demasiado cansado para caminar más de unos pocos pasos, fiebre, dolores de cabeza, niveles bajos de oxígeno en la sangre, coágulos de sangre y “niebla” cerebral.

ciclón : Un fuerte vórtice giratorio, generalmente formado por viento. Los ejemplos naturales incluyen un tornado o un huracán.

electricidad: Un flujo de carga, generalmente proveniente del movimiento de partículas cargadas negativamente, llamadas electrones.

electrodo : Dispositivo que conduce electricidad y se utiliza para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito eléctrico, o que hace contacto con algo a través del cual se mueve una señal eléctrica. (en electrónica) Parte de un dispositivo semiconductor (como un transistor) que libera o recoge electrones o huecos, o que puede controlar su movimiento.

electrón : Partícula cargada negativamente, que generalmente se encuentra orbitando las regiones exteriores de un átomo; también, el portador de electricidad dentro de los sólidos.

filtrar : (n.) Algo que permite el paso de algunos materiales pero no de otros, según su tamaño o alguna otra característica. (v.) El proceso de seleccionar algunas cosas en función de rasgos como el tamaño, la densidad y la carga eléctrica. (adj.filtración)

gripe : Abreviatura de gripe. Una infección viral altamente contagiosa de las vías respiratorias que causa fiebre y dolor intenso. A menudo ocurre como una epidemia.

HEPA : Acrónimo de aire particulado de alta eficiencia. Es un término para un tipo de filtro de aire plisado (generalmente hecho de tela). En teoría, puede eliminar al menos el 99,97 por ciento de las partículas en el aire que tengan al menos 0,3 micrones de diámetro. Eso incluye la mayoría de las bacterias, el polvo, el moho y el polen. Cualquier partícula que sea más grande o más pequeña puede quedar atrapada de manera aún más eficiente. Estos filtros se utilizan a menudo en aspiradoras, sistemas de ventilación y como cubiertas para proteger la nariz y la boca.

sistema inmunitario: Conjunto de células y sus respuestas que ayudan al cuerpo a combatir infecciones y a lidiar con sustancias extrañas que pueden provocar alergias.

infección : Enfermedad que puede propagarse de un organismo a otro. Generalmente es causada por algún tipo de microbio.

enlace: Una conexión entre dos personas o cosas.

líquido: Material que fluye libremente pero mantiene un volumen constante, como el agua o el aceite.

nasal: Relativo a la nariz.

partícula: Una cantidad diminuta de algo.

PCR : Acrónimo de reacción en cadena de la polimerasa. Es un proceso bioquímico que copia repetidamente una secuencia particular de ADN.

proteína : Un compuesto formado por una o más cadenas largas de aminoácidos. Las proteínas son una parte esencial de todos los organismos vivos. Forman la base de las células, músculos y tejidos vivos; También hacen el trabajo dentro de las células. Los anticuerpos, la hemoglobina y las enzimas son todos ejemplos de proteínas. Los medicamentos frecuentemente actúan adhiriéndose a las proteínas.

SARS-CoV-2 : Un coronavirus que surgió en Wuhan, China, a finales de diciembre de 2019. Continuaría causando una enfermedad generalizada, y en ocasiones letal, en toda China y muchas otras naciones. Su nombre refleja su gran similitud con el coronavirus original conocido como SARS (síndrome respiratorio agudo severo). Ese virus del SARS provocó un brote mundial de enfermedad en 2003.

sistema : Una red de partes que juntas trabajan para lograr alguna función. Por ejemplo, la sangre, los vasos y el corazón son componentes primarios del sistema circulatorio del cuerpo humano. De manera similar, los trenes, andenes, vías, señales viales y pasos elevados se encuentran entre los componentes potenciales del sistema ferroviario de una nación. El sistema puede incluso aplicarse a los procesos o ideas que forman parte de algún método o conjunto ordenado de procedimientos para realizar una tarea.

virus : Diminutas partículas infecciosas formadas por material genético (ARN o ADN) rodeado de proteínas. Los virus sólo pueden reproducirse inyectando su material genético en las células de los seres vivos. Aunque los científicos frecuentemente se refieren a los virus como vivos o muertos, de hecho muchos científicos sostienen que ningún virus está realmente vivo. No come como lo hacen los animales ni elabora su propio alimento como lo hacen las plantas. Debe secuestrar la maquinaria celular de una célula viva para poder sobrevivir.

Voltaje : Fuerza asociada a una corriente eléctrica que se mide en unidades conocidas como voltios. Las compañías eléctricas utilizan alto voltaje para transportar energía eléctrica a largas distancias.

Diario: JV Puthussery et al. Vigilancia ambiental en tiempo real de aerosoles de SARS-CoV-2. Comunicaciones de la naturaleza. vol. 14, publicado en línea el 10 de julio de 2023. doi: 10.1038/s41467-023-39419-z.

Tina Hesman Saey es redactora senior e informa sobre biología molecular en Science News. Tiene un doctorado. en genética molecular de la Universidad de Washington en St. Louis y una maestría en periodismo científico de la Universidad de Boston.

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