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Las minas terrestres de conflictos pasados -o de los que aún se combaten- suponen una amenaza silenciosa para millones de personas en todo el mundo. Con la ayuda de bacterias que brillan en su presencia, estos peligros ocultos podrán ser encontrados algún día y eliminados o destruidos de forma segura.
Investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalén llevan una década desarrollando sensores vivos de minas terrestres mediante la bacteria E. coli. En estudios recientes, describen sus últimos avances. Utilizando la ingeniería genética, pueden convertir cada bacteria en «una luciérnaga en miniatura» en presencia de una sustancia química asociada a los explosivos, dijo Shimshon Belkin, el microbiólogo de la Universidad Hebrea que dirige la investigación.
En 2019, más de 5.500 personas murieron o resultaron heridas por minas terrestres y restos explosivos de guerra, y el 80% de ellas eran civiles, según la Campaña Internacional para la Prohibición de las Minas Terrestres. Las minas terrestres antipersonal, que pueden tener sólo unos centímetros de diámetro y ser fácilmente ocultas, son especialmente peligrosas. Las estimaciones sobre el recuento mundial de minas terrestres enterradas varían, pero llegan a 110 millones.
Se han probado muchas estrategias para localizar minas terrestres, como el uso de detectores de metales y el adiestramiento de animales detectores, incluida una rata premiada que ayudó a localizar 71 minas terrestres antes de retirarse. Cada método equilibra los beneficios con los riesgos y los costes.
La idea de recablear las bacterias para que detecten las minas terrestres partió de Robert Burlage, entonces en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en Tennessee. A mediados de la década de 1990, el Dr. Burlage trabajó para conseguir que las bacterias se iluminaran en respuesta a los residuos orgánicos y al mercurio. Buscando una nueva aplicación para esta técnica, se le ocurrió la idea de tratar de apuntar a los productos químicos de las minas terrestres.
Aunque el Dr. Burlage realizó algunas pequeñas pruebas de campo, no pudo conseguir más financiación y siguió adelante. «Mi historia de desgracias», dijo el Dr. Burlage, ahora profesor de la Universidad Concordia de Wisconsin.
El trabajo del Dr. Burlage fue una inspiración para los investigadores israelíes, y dice que les desea lo mejor en sus esfuerzos por hacer avanzar la tecnología.
Las bacterias son baratas y prescindibles y pueden extenderse por mucho terreno. Y son relativamente rápidas a la hora de informar: en cuestión de horas, o hasta un día, brillan o no.
En los estudios publicados el año pasado en Current Research in Biotechnology y Microbial Biotechnology, el Dr. Belkin y su equipo describen la manipulación de dos componentes clave del código genético de E. coli: unos fragmentos de ADN llamados «promotores» que actúan como interruptores de encendido y apagado de los genes, y unos «reporteros» que provocan reacciones de emisión de luz. Para producir este efecto, los investigadores tomaron prestados genes de bacterias marinas que emiten luz de forma natural en el océano.
Los científicos sintonizaron las bacterias con una sustancia química llamada 2,4-dinitrotolueno, o DNT, un subproducto volátil del trinitrotolueno, o TNT. Con el tiempo, el vapor de DNT se filtra en el suelo que rodea una mina terrestre, y las bacterias pueden olfatearlo.
En lugar de vagar libremente, las bacterias se inmovilizan en pequeñas perlas de gelatina que las alimentan mientras trabajan. Cada cuenta, de uno a tres milímetros de diámetro, contiene unas 150.000 células activas.
Estas últimas cosechas de bacterias modificadas genéticamente son más rápidas de reaccionar y más sensibles que las bacterias de las primeras pruebas de campo del grupo, dijo el Dr. Belkin. Y los científicos ya no necesitan utilizar una señal láser para activar el brillo.
Un reto clave que el grupo está trabajando para superar es la localización segura de las bacterias bioluminiscentes en un campo de minas real. Cuando detectan minas terrestres, su brillo es tan débil que la luz de la luna, las estrellas o las ciudades cercanas podría ahogarlo.
Para solucionar este problema, Aharon J. Agranat, bioingeniero de la Universidad Hebrea, y otros investigadores informaron en abril en la revista Biosensors and Bioelectronics de que habían desarrollado un dispositivo que protege a las bacterias y detecta su brillo. Este sistema de sensores puede comunicar sus resultados a un ordenador cercano, pero no se ha probado fuera de un entorno de laboratorio.
Los investigadores también han realizado recientemente pruebas de campo en Israel, colaborando con el ejército israelí para garantizar la seguridad de los experimentos, así como con una empresa de defensa israelí. Los resultados de estas pruebas no se han publicado, pero el Dr. Belkin las calificó de «generalmente muy exitosas».
En el futuro, el equipo espera utilizar drones para desplegar sensores de bacterias en un campo de minas, eliminando la necesidad de que los humanos se acerquen.
El Dr. Burlage se topó hace décadas con otro problema con el que el grupo de la Universidad Hebrea lidia incluso ahora: la temperatura. Los sensores bacterianos israelíes sólo funcionan entre los 59 y los 99 grados Fahrenheit, lo que significa que los investigadores tendrán que averiguar cómo adaptar sus sistemas a las condiciones más abrasadoras del desierto.
Los bioingenieros israelíes también reconocen que sus sensores bacterianos podrían utilizarse tanto para fines humanitarios como militares. DARPA, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, contribuyó a la financiación de su investigación.
No obstante, los sensores bacterianos para minas terrestres ejemplifican cómo el campo de la biología sintética ha crecido «a pasos agigantados en las últimas décadas», dijo el Dr. Timothy K. Lu, cofundador de Senti Biosciences e ingeniero biológico del Instituto Tecnológico de Massachusetts, que no participó en estos estudios.
«Es muy emocionante, y espero que este tipo de aplicaciones empiecen a salir del laboratorio y se apliquen en el mundo real», dijo el Dr. Lu.