Si pudiéramos sintonizar una frecuencia diferente, descubriríamos que nuestro entorno es ensordecedor. No solo por el ruido del tráfico o las voces, sino por el estruendo químico que nos rodea. Cada superficie que tocamos, el aire que respiramos y nuestro propio organismo están transmitiendo información constantemente. La humanidad ha vivido históricamente desconectada de esta transmisión, percibiendo solo las consecuencias finales: la enfermedad cuando ya duele o la contaminación cuando ya es visible. Sin embargo, la ciencia contemporánea ha logrado fabricar una suerte de «antenas» capaces de sintonizar con esa emisora oculta. No se trata de magia, sino del desarrollo de los biosensores, dispositivos capaces de condensar la complejidad de un análisis bioquímico en un aparato que cabe en la palma de la mano.

Cualquier biosensor se basa en un principio fundamental: el reconocimiento molecular. Todo comienza con el «elemento de bioreconocimiento», el corazón biológico del sensor, que clásicamente es una proteína, una enzima o un anticuerpo, actuando como una trampa de alta precisión. Cuando la sustancia que buscamos entra en contacto con este elemento, ocurre una alteración físico-química. Aquí entra en escena la segunda pieza clave: el transductor, cuya misión es advertir ese evento silencioso y traducir el mensaje en una señal que podamos interpretar, ya sea un cambio de color o un número en una pantalla digital. 

El ejemplo por excelencia es el glucómetro. Es fácil subestimar este pequeño aparato que millones de diabéticos usan a diario, pero representa un triunfo monumental de la bioquímica aplicada. En su interior la glucosa oxidasa, una enzima extremadamente selectiva ignora la multitud de sustancias del torrente sanguíneo y solo interactúa con la glucosa. Cuando la encuentra, la atrapa y la oxida. En este proceso, la enzima «arranca» electrones a la glucosa, generando una pequeña corriente eléctrica que mide el aparato. Cuanta más glucosa, más electrones y mayor es el número que vemos en la pantalla. Pero este caso no es excepcional, hay muchos otros biosensores que hemos integrado en nuestros hogares: los test de embarazo o, más recientemente, los test rápidos de antígenos para la COVID-19. En estos casos, el traductor cambia de estrategia y se usan anticuerpos que actúan como centinelas. Su misión es cazar una hormona que se produce durante las primeras etapas del embarazo o una proteína viral. Al atraparlas, se produce una señal visual directa, demostrando que la misma tecnología sirve para anunciar una vida o alertar de una amenaza.

Aunque estos ejemplos puedan sonar a tecnología del pasado, los biosensores están viviendo una nueva época dorada impulsada por la capacidad de los científicos de manipular la vida a nivel atómico para hacer frente a las necesidades de detección más complejas. En la era de la inteligencia artificial, el diseño racional y la evolución dirigida están contribuyendo a crear enzimas mejoradas. En este contexto, se ha desarrollado una nueva generación de nanosensores híbridos metal-proteína que, al fusionar la sensibilidad de los nanomateriales metálicos con proteínas diseñadas racionalmente, logran detectar biomarcadores y anticuerpos con una sensibilidad extrema que los métodos tradicionales no pueden ofrecer. De la misma forma, la nueva ola de biosensores nanofotónicos está resolviendo viejos traumas médicos de forma elegante. Estos dispositivos funcionan mediante haces de luz que viajan por circuitos microscópicos y que son extremadamente sensibles a cualquier alteración de su superficie. El biosensor diseñado para la detección H. pylori, una bacteria relacionada con úlceras gástricas y gastritis crónica, presenta la superficie recubierta de anticuerpos diseñados para reconocer y atrapar una proteína específica que al acumularse modifica el índice de refracción de la superficie, la velocidad y el comportamiento de la luz. El sensor detecta esta variación física, permitiendo el diagnóstico altamente sensible a partir de heces sin necesidad de procedimientos como las endoscopias o las pruebas de aliento. Esto elimina la incomodidad del paciente y la necesidad de marcadores químicos costosos. Pero quizás el salto más “futurista” es el uso de proteínas para crear un biosensor másico capaz de detectar virus directamente en el aire. La clave de su éxito reside en el uso de nanocuerpos, derivados de camélidos como las llamas. Estas moléculas son diez veces más pequeñas que un anticuerpo humano y poseen una estabilidad térmica y química excepcional. Además, su tamaño reducido permite «empaquetar» muchos más sensores por milímetro cuadrado, aumentando la sensibilidad para cazar virus al vuelo en tiempo real.

En paralelo, en los últimos años, ha nacido una plataforma de biosensores de diagnóstico que reciben el nombre de SHERLOCK (del inglés, Specific High-sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing). En ellas se utiliza la proteína Cas13, una prima hermana de la conocida proteína Cas9 (el «bisturí» molecular) usada en CRISPR. Esta posee una peculiaridad, su «actividad colateral», cuando Cas13 encuentra a su diana, la corta, pero se vuelve promiscua y comienza a cortar indiscriminadamente cualquier cadena de ARN cercana, incluidas pequeñas cadenas de ARN que unen una molécula fluorescente en un extremo y su supresor en el otro y actúan como moléculas «reporteras». Cuando Cas13 las rompe, la fluorescencia se libera de golpe. Es como si, al encontrar una aguja en un pajar, se disparase automáticamente una bengala.

Y, por si esto fuera poco, se han diseñado biosensores que convierten a la célula entera en el dispositivo de medición, los biosensores de células completas. Estos mediante la reprogramación de bacterias comunes, hacen que las células funcionen como patrullas ambientales que permiten identificar metales pesados como el mercurio o el arsénico en el agua. De manera natural, cuando la bacteria se siente amenazada por un metal pesado, esta activa su respuesta de defensa. Sin embargo, como parte de esta reprogramación los genes de respuesta han sido sustituidos por “genes reporteros” como el de la luciferasa (la enzima que hace brillar a las luciérnagas). De esta forma, cuando la bacteria entra en contacto con el agua contaminada, los metales pesados penetran en su interior, activan la expresión del gen reportero y la bacteria comienza a emitir luz. Cuanta más contaminación, más intenso será el brillo. El resultado es un biosensor que no necesita pilas y que proporciona datos toxicológicos complejos a través de una señal visual directa, barata y comprensible para cualquier comunidad afectada.

Y, es que estamos presenciando lo que se podría llamar la alquimia moderna: transformar una interacción invisible en información legible. Ya sea mediante el uso de enzimas, la elegancia estructural de los nanocuerpos y Cas13, o la reprogramación de bacterias, la bioquímica y la biología molecular unidas a la tecnología, en forma de biosensor, nos están permitiendo escuchar los susurros de nuestro cuerpo y nuestro planeta antes de que se conviertan en gritos de auxilio.

AUTORA Cristina Yunta Yanes