Em uma aldeia remota, um trabalhador humanitário pica a ponta do dedo de uma criança doente, e como a maioria das amostras de sangue de outras crianças, este torna uma tira de teste amarela. É assim que um teste experimental de desnutrição feito com vísceras bacterianas poderia funcionar um dia para expor as deficiências generalizadas de zinco, responsáveis ​​por cerca de meio milhão de mortes anualmente.

Essas entranhas incluem plasmídeos, que são laços de DNA. Eles não são as mesmas fitas de DNA por trás da reprodução e construção celular, mas funcionam como nano-órgãos com programas genéticos que normalmente orientam os processos das células bacterianas. Em um estudo liderado pelo Instituto de Tecnologia da Geórgia, pesquisadores desenvolveram seus próprios plasmídeos para direcionar outras partes extraídas de bactérias para fazer o teste de sangue funcionar.

A nova tecnologia mostrou alto potencial como base para um produto barato, teste fácil de desnutrição para uso no campo que pode ser expandido para incluir muitos nutrientes vitais e outros indicadores de saúde.

O novo, teste experimental é liofilizado a um pó que é mantido em temperaturas diárias, pode ser lido no campo, e pode ser adequado para análises precisas com um aplicativo de smartphone aplicável. Isso poderia superar as dificuldades clínicas e logísticas de outros testes, incluindo transporte refrigerado para o campo ou de volta ao laboratório, bem como tempo perdido.

O teste não apenas detecta zinco, mas também quantifica seus níveis clinicamente relevantes, que é necessário para detectar a desnutrição e é uma das principais inovações do novo teste. As agências de ajuda podem usar uma versão de campo do teste para obter informações imediatas para influenciar rapidamente as decisões políticas sobre intervenções nutricionais.

Fome escondida

Dois bilhões de pessoas em todo o mundo sofrem de deficiências de micronutrientes, que ceifam milhões de vidas a cada ano, de acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças. A deficiência de zinco sozinha foi responsabilizada por mais de 450, 000 mortes em 2009, de acordo com um estudo no European Journal of Clinical Nutrition.

Mas detectar a desnutrição é complicado.

"No mundo em desenvolvimento hoje, muitas pessoas podem obter calorias suficientes, mas perdem muitos nutrientes. Você pode olhar para alguém e dizer se ela está recebendo calorias suficientes, mas não se está recebendo quantidades suficientes de nutrientes importantes para o desenvolvimento, "disse Mark Styczynski, que liderou o estudo e é professor associado da Escola de Engenharia Química e Biomolecular da Georgia Tech.

"O impacto é maior em mães grávidas e crianças menores de 5 anos, que é quando eles têm a maior mortalidade, " ele disse.

A equipe de pesquisa, que incluiu colaboradores da Northwestern University, publicou seu estudo na revista Avanços da Ciência em 25 de setembro, 2019. A pesquisa foi financiada pelo National Institutes of Health, a National Science Foundation, o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea, a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa, a Fundação David e Lucille Packard, e o Programa Escolar Professor Camille Dreyfus.

Pequeno é enorme

A engenharia com vísceras bacterianas tem pelo menos 25 anos, com a pesquisa acelerando na última década. Mas este novo teste sinaliza pequenas moléculas, como zinco ou iodo, outra grande inovação.

A quantificação de íons de zinco neste estudo em particular foi a prova de conceito para planos de medição de muitas moléculas pequenas relevantes para testes em campo. Os pesquisadores podem expandir rapidamente o teste para avaliar os níveis dos seis nutrientes vitais de pequenas moléculas, micronutrientes, que são altamente relevantes para o trabalho de campo nutricional.

"Podemos ser capazes de fazer novos testes de ferro com razoável rapidez, B12, folato, iodo, e vitamina A, "Nós também poderíamos quantificar moléculas maiores como DNA e proteínas para ajudar a descobrir o quão ruim é um surto viral", disse Styczynski.

"Detectar a presença ou ausência de algo como Ebola ou gravidez é importante. Mas ser capaz de dizer quanto de algo você tem, como um nutriente ou um vírus, sem ter que transportar equipamento pelo campo para fazê-lo tem faltado. A capacidade de fazer isso pode abrir muitas portas no diagnóstico e tratamento, "Styczynski disse.

Estripador de bactérias

A facilidade de uso do teste experimental de zinco contrasta fortemente com o trabalho necessário para projetá-lo. Os pesquisadores começaram usando bactérias vivas que mudavam de cor em reação ao zinco, mas essa abordagem encontrou obstáculos.

"O teste demorou muito, e o volume de sangue e bactérias de que precisaríamos não estava claro, "Styczynski disse." Então, nós ficamos livres do celular. Você pega a bactéria e remove a parte externa e o genoma - o DNA principal - e você fica com esta rica mistura de partes fortemente reativas, ao qual você pode adicionar seu próprio programa genético nos plasmídeos. "

As abordagens livres de células permitem que as vísceras bacterianas sejam dosadas como compostos em uma reação química, tornando o teste previsível, de confiança, e adequado para padronização. Os pesquisadores construíram dois plasmídeos para conduzir os processos do teste.

"Um tem os genes retirados da E. coli para uma enzima que quebra um grande açúcar em açúcares menores. O outro controla quanto de um gene regulador está sendo ativado em resposta aos níveis de zinco, "Styczynski disse.

Tornando-se roxo

O teste usa uma molécula de sinal que é parcialmente um grande açúcar e começa amarela, mas uma vez que o plasmídeo produz uma enzima que cliva o açúcar, a molécula fica roxa. Os níveis de zinco regulam a quantidade de enzima produzida - mais zinco significa mais enzima e mais púrpura. Se o teste permanecer amarelo, o zinco é perigosamente baixo.

Quando testado em soro, ou seja, sangue, sua rica biologia desorganiza a reação, e no mundo real, essa desordem difere de pessoa para pessoa e distorce os esquemas de cores de paciente para paciente.

Os pesquisadores resolveram isso com um truque químico para fazer um sistema de calibração que flui com essa inclinação. Para o teste real, o zinco regulou como os plasmídeos alteram a cor, mas o primeiro autor do estudo, Monica McNerney, inverteu as coisas para o calibrador.

Para fazer seus pontos de referência, ela maximizou os níveis de zinco e variou os níveis de plasmídeos ponto a ponto, resultando em uma escala de cores.

O teste e os pontos de calibração variados com plasmídeo receberam o soro a ser testado, e a desordem deslocou os pontos de teste e calibração de maneira idêntica. A cor alterada do teste pode ser comparada com precisão às cores dos pontos de calibração para determinar os níveis de zinco.

As cores estão na faixa visível, não fluorescente, então eles não requerem nenhum dispositivo para ler. A velocidade da mudança de cor pode revelar mais detalhes sobre os níveis de nutrientes, talvez por meio de uma análise do vídeo do smartphone obtido no teste.