Biosensores basados en una proteína del rábano picante para detectar cianuro

Imagen grupo de investigación. Investigadores del Departamento de Química Analítica de la Universidad de Cádiz.

Investigadores del Departamento de Química Analítica de la Universidad de Cádiz, en colaboración con investigadores de la Universidad Hassan II (Mohamedia-Marruecos), han desarrollado un nuevo biosensor para detectar cianuro en agua. El dispositivo está formado por una proteína extraída del rábano picante y nanopartículas de oro, un material sintetizado mediante un procedimiento ecológico respetuoso con el medio ambiente que aumenta la sensibilidad del detector ante la presencia de este elemento en el medio acuático.

Los expertos disponen así de una herramienta que puede determinar una concentración de cianuro veinticinco veces por debajo del valor permitido por la normativa europea. Esta sustancia química, vertida al mar y ríos por efecto de la actividad industrial, puede llegar al organismo de los seres humanos a través del consumo de alimentos procedentes de estos ecosistemas.

Imagen elementos biosensor. A la derecha, las nanopartículas de oro. A la izquierda, el electrodo.

Los biosensores para detectar cianuro se basan en dos componentes, uno de ellos, biológico. En este caso, un enzima procedente del rábano picante -llamado peroxidasa- que al detectar el cianuro provoca una reacción química. El otro elemento es de carácter electrónico: un transductor o electrodo que convierte la señal bioquímica de la reacción en una señal eléctrica que se puede cuantificar.

La diferencia del modelo propuesto en este estudio deriva de la utilización de nanopartículas de oro –partículas ultramicroscópicas- en el transductor que, al interactuar con el enzima, aumentan la sensibilidad de éste. “Hemos comprobado que un electrodo con estas nanopartículas detecta una cantidad de cianuro menor que sin ellas. Puede identificar hasta una concentración veinticinco veces más pequeña que la permitida. Por lo tanto resulta un material muy sensible ante esta sustancia”, explica a la Fundación Descubre el investigador principal de este estudio, José María Palacios, de la Universidad de Cádiz.

La sensibilidad del biosensor también aumenta de manera considerable debido a que el enzima seleccionado puede reaccionar ante determinadas sustancias en concentraciones muy bajas.

La peroxidasa ofrece además otra ventaja: es muy selectiva ya que sólo reacciona con determinados compuestos químicos. Así lo explica el investigador: “Si la sustancia que queremos determinar tiene una serie de características que la hacen susceptible de ser transformada por el enzima, será detectada. Si no cumple con esos requisitos, será ignorada. Teniendo en cuenta que existen miles de compuestos químicos, es de gran utilidad poder restringir el análisis a sólo aquéllos que nos interesan”.

Medición de nanopartículas

El biosensor se completa con un electrodo fabricado con Sonogel-Carbono, un material desarrollado y patentado por los propios investigadores en la Universidad de Cádiz sobre el que se deposita el componente biológico, es decir, el enzima y otras sustancias. “Tras ensayar diferentes configuraciones, comprobamos que la combinación de peroxidasa, nanopartículas de oro y Sonogel-Carbono era la que ofrecía la mejor respuesta: un incremento de la sensibilidad y la posibilidad de detectar concentraciones muy bajas de cianuro, más pequeñas aún que las que se obtienen con otros sensores recogidos en la literatura”, concluye el experto.

Cantidad de cianuro

Otra de las novedades aportadas en este trabajo, tal y como se recoge en el artículo ‘Amperometric inhibition biosensors based on horseradish peroxidase and gold sononanoparticles immobilized onto different electrodes for cyanide measurements’, publicado en la revista Bioelectrochemistry, es el modo en el que el biosensor detecta el cianuro: por inhibición enzimática.

Imagen investigadores durante el proceso de análisis.

Según este proceso, la capacidad de la peroxidasa –extraída del rábano picante- para reaccionar con otras sustancias disminuye en función de la cantidad de cianuro. “Si no detecta presencia de cianuro, la actividad del enzima se desarrolla con normalidad. A medida que el cianuro aumenta, el rendimiento de la peroxidasa se reduce hasta quedar sin actividad cuando la concentración de la sustancia tóxica supera una determinada cantidad”, precisa.

De esta forma, los investigadores utilizan el cianuro como inhibidor del enzima. “Analizando la velocidad de acción de la peroxidasa podemos identificar y cuantificar el veneno. El enzima no detecta directamente el cianuro sino su proceso de reacción”, indica el responsable del estudio.

Este trabajo forma parte del proyecto de investigación ‘Desarrollo de (bio)sensores electroquímicos y sus aplicaciones medioambientales’, financiado por la Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo (AECID) del Ministerio de Asuntos Exteriores.

Referencia

Attar, Aisha; Cubillana-Aguilera, Laura; Naranjo Rodríguez, Ignacio; Hidago-Hidalgo de Cisneros, José Luis; Palacios-Santander, José María; Amine, Aziz. 2015. ‘Amperometric inhibition biosensors based on horseradish peroxidase and gold sononanoparticles immobilized onto different electrodes for cyanide measurements’. Bioelectrochemistry. (2015) 101. pp 84-91. doi//10.1016/ j.bioelechem.2014.08.003

Imágenes

Imagen grupo de investigación. Investigadores del Departamento de Química Analítica de la Universidad de Cádiz.

https://www.flickr.com/photos/fundaciondescubre/16649981681/

Imagen investigadores durante el proceso de análisis.

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Imagen elementos biosensor. A la derecha, las nanopartículas de oro. A la izquierda, el electrodo.

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Medición de nanopartículas

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