Tim Swager, profesor John D. MacArthur de Química en el ITM, y sus compañeros de trabajo han desarrollado una nueva forma de poner una tecnología de detección de seguridad alimentaria rápida, sencilla y asequible a disposición de la industria y a los consumidores.

Su investigación, financiada por el Laboratorio de Sistemas de Agua y Alimentos de Abdul Latif Jameel (J-WAFS), se basa en unas gotitas especializadas, llamadas emulsiones Janus, que pueden detectar la contaminación bacteriana en los alimentos.

Perspectivas de Abdul Latif Jameel ha hablado con el profesor Swager para conocer el proyecto y su posible impacto en la seguridad alimentaria global.

P: ¿Cuál es el mayor problema que pretenden abordar mediante esta investigación?

Micrografía electrónica de una Escherichia coli (© Janice Harvey Carr, Center for Disease Control)
Micrografía electrónica de una Escherichia coli
(© Janice Harvey Carr, Center for Disease Control)

TS: La razón por la que se retiran tantos productos, especialmente en EE. UU., es que no tenemos capacidad para realizar pruebas de organismos patógenos, como listeria, campylobacter o E. coli, con suficiente sensibilidad y velocidad antes de que los productos tengan que distribuirse a las tiendas.

Tienen una vida útil limitada y, a menudo, deben almacenarse a una temperatura reducida, así que interrumpir ese proceso es costoso.

En el mercado ya hay numerosas tecnologías de detección de la seguridad alimentaria, pero si tenemos en cuenta lo frecuentes que son las retiradas de alimentos debido a los patógenos, está claro que este problema aún no se ha resuelto.

Mi idea siempre ha sido que, si pretendemos detectar organismos o procesos biológicos, lo mejor sería poder hacerlo de una manera que imite estrechamente su entorno nativo. Eso es lo que nos hemos propuesto.

P: ¿Puede explicar cómo funciona su tecnología?

Trabajamos con coloides líquidos complejos. Se producen dispersando pequeñas gotitas que contienen dos aceites diferentes en agua. Luego, ensamblamos elementos de reconocimiento biomolecular en la superficie que actúan como “cebo” para patógenos u otros organismos. Utilizamos estos coloides líquidos complejos, que también llamamos simplemente “gotitas”, para unirlos a los patógenos y utilizar sus organizaciones relativas para la detección.

Hemos utilizado gotitas líquidas que tienen cantidades iguales de los dos aceites inmiscibles en una estructura que denominamos “Perfecta emulsión de Janus”, en la que hay dos hemisferios de igual tamaño. Los aceites que constituyen los hemisferios tienen diferentes densidades, que afectan a la forma en que se alinean, con el aceite más pesado en la parte inferior. Sin embargo, al igual que las pantallas de privacidad de los portátiles, estas gotitas solo transmiten imágenes cuando se ven de frente con respecto a su alineación. Esto se debe a que, después de todo, son lentes líquidas.

Las gotitas de la emulsión de Janus se capturan en el proceso de cambio de forma en respuesta a la presencia de contaminación por un patógeno alimentario en el laboratorio. Eso se puede ver a simple vista y con un sensor portátil en desarrollo, el cual puede cuantificar la presencia y la cantidad de contaminación bacteriana en la comida. (Crédito de la fotografía: © The Swager Group, ITM)

Lo que hace que estas microlentes líquidas sean particularmente únicas es su capacidad para unirse a proteínas bacterianas específicas. Sus propiedades de unión les permiten adoptar diferentes orientaciones cuando se unen a bacterias o proteínas particulares. Estos procesos de unión hacen que se inclinen y alteran la orientación de la “pantalla de privacidad”.

El resultado es que, en lugar de transmitir una imagen, se vuelven opacas.

Este efecto macroscópico puede utilizarse con un teléfono inteligente y provocar que una imagen visualizada a través de una capa de gotitas sea irreconocible.

Como alternativa, estas gotitas Janus perfectas inclinadas pueden contarse mediante análisis de imágenes. Este método puede medir con precisión el número de bacterias o la concentración de la proteína presente.

P: ¿Por qué es tan revolucionaria esta tecnología para la industria de pruebas de seguridad alimentaria?

TS: Para comprobar eficazmente la contaminación alimentaria basada en patógenos se deben realizar pruebas lo más frecuentemente posible.

Si se prueba solo una de cada 50 000 unidades se pasarán por alto muchos casos de contaminación. Para hacer pruebas con mayor frecuencia es necesario que sean rápidas, idealmente de una o dos horas, y eso es lo que hemos producido.

Existe un gran mercado ya establecido y la tecnología actual es inadecuada en términos de velocidad, sensibilidad y coste. Nuestro método mejora significativamente la tecnología existente y es posible que nos permita ocupar una gran sección de ese mercado en los próximos años.

Por el momento, nuestra empresa emergente Xibus Systems está desarrollando protocolos para pruebas de campo. Nuestro objetivo es proporcionar un sistema que permita a los usuarios finales operar como de costumbre. Nos esforzamos para hacer que sea sencillo, rápido, robusto, que requiera una formación mínima y que no interrumpa las estructuras ni los procesos operativos actuales.

P: ¿Se está mostrando la industria receptiva a sus ideas?

TS: Los productores de alimentos están muy abiertos a las nuevas tecnologías. Pero esto incluye el hecho de que será muy competitivo mantener a los clientes abiertos a la siguiente, más reciente y mejor tecnología. Tienes que desarrollar e innovar continuamente, de lo contrario te quedas atrás. Por lo tanto, se trata de un mercado muy dinámico, pero es un área en la que creemos que podemos competir y, posiblemente, dominar. Tenemos que crear un producto superior y, una vez estemos en el mercado, nuestro trabajo es seguir innovando para mantenernos por delante de la competencia.

P: ¿Dónde más podría aplicarse su tecnología?

TS: Una de las áreas más obvias es la detección de “organismos deteriorados”. El deterioro causa grandes pérdidas a los productores de alimentos, por lo que detectar los organismos deteriorados en un producto de forma rápida y eficaz proporcionaría beneficios considerables.

También podría utilizarse para comprobar la contaminación de los equipos de procesamiento de alimentos. Nuestra tecnología permite a los productores tomar muestras de piezas de los equipos para asegurarse de que se han limpiado correctamente. Por ejemplo, si estás haciendo salchichas en una instalación grande y, tras limpiar el equipo, quieres asegurarte de que todo está limpio y listo para usarse lo antes posible. Podemos ayudar a mantener el equipo operativo y a garantizar la seguridad de los alimentos que se estén procesando.

P: ¿Dónde ve esta tecnología en términos de desarrollo futuro?

TS: El equipo que utilizamos actualmente, la primera generación, tiene el tamaño de una caja de zapatos. Con el tiempo, esperamos que sea tan pequeño como un smartphone. De hecho, para algunas de nuestras aplicaciones, el lector podría ser un smartphone comercial. Por ejemplo, con concentraciones más altas de organismos patógenos, podría cuantificarlos mediante una fotografía tomada con un smartphone utilizando una lente de aumento estándar. Asimismo, podría comprobar el recuento bacteriano en un arroyo y ver inmediatamente si es seguro para el ganado.

Esta tecnología también es aplicable a la atención sanitaria. Podría indicarle si padece gripe o SIDA. Ya hemos creado una prueba para el virus Zika mediante el reconocimiento de un biomarcador de proteínas. Puede detectar otros virus o proteínas asociadas a diferentes enfermedades, como anomalías relacionadas con el intestino en su sistema digestivo. Prevemos producir pruebas que se pueden realizar en su propio hogar a través de un smartphone y una aplicación de software.

Para los usuarios comerciales, también produciremos una plataforma asequible diseñada para sentarse en banco y permitirle analizar cientos de muestras de muestras simultáneamente. Esta capacidad será importante si opera una instalación de producción a gran escala y necesita una alta eficiencia.

P: ¿Cuáles son sus posibles aplicaciones en países menos desarrollados?

TS: Nuestros métodos son lo suficientemente sencillos como para que puedan ocasionar grandes beneficios en los países menos desarrollados. Se pueden aplicar al agua potable y a todo tipo de alimentos. Por ejemplo, las metástasis en las vacas son un gran problema para los productores de leche en todo el mundo. Se pueden extender rápidamente por rebaños enteros.

Por ejemplo, en la India es habitual que la leche de una serie de rebaños distintos de una misma región se combine en un único punto de almacenamiento central. Si un rebaño tiene metástasis se contamina todo el lote. Nuestra tecnología podría identificar las metástasis en un rebaño afectado antes de que se contamine la leche en buen estado.

Lo esencial es que tiene que ser muy sencillo, ya que serán los propios ganaderos quienes harán esta prueba. También tiene que ser reproducible, incluso cuando se lleve a cabo por personas que no prestan atención a los detalles de la forma en que lo haría un científico profesional.

P: ¿Qué importancia ha tenido el programa J-WAFS para el desarrollo exitoso de esta tecnología?

TS: Nuestra participación en el programa J-WAFS Solutions ha sido vital. Nos ha proporcionado un puente entre el mundo académico y el mundo empresarial y nos ha permitido realizar un trabajo más detallado para crear una aplicación utilizable.

La financiación de J-WAFS Solutions nos permitió realizar una trabajo de campo sobre las bacterias de Salmonella en directo y en condiciones reales, en colaboración con el Departamento de Agricultura de EE. UU.

Tomamos nuestro espectrómetro portátil y gotitas a sus instalaciones en Pensilvania, y funcionó por primera vez. Esta demostración dejó constancia de que los ensayos funcionaban en el mundo real. Estos no son el tipo de estudios que se realizarían con una típica beca de investigación gubernamental. En consecuencia, estos estudios patrocinados por J-WAFS nos dieron a mí y a mi equipo la confianza para buscar la comercialización y crear la empresa Xibus Systems.

P: ¿Qué viene a continuación?

TS: Es muy probable que hayamos completado al menos una prueba de campo de un cliente para finales de año. Llevaremos a cabo demostraciones con clientes potenciales de forma continua y trataremos de añadir clientes adicionales en diferentes subespacios a principios del próximo año.

Cuando hayamos obtenido una cantidad de clientes significativa, deberíamos poder empezar a aumentar la escala de la producción de gotitas. Sin embargo, como empleamos cantidades tan pequeñas para cada prueba, estos procesos de ampliación se llevarán a cabo en un laboratorio estándar y no requerirán una inversión de capital importante.

Tenemos unos inversores iniciales muy buenos y nuestra financiación se agotará a finales de la primavera. Por lo tanto, tenemos que establecer que disponemos de clientes para superar de forma óptima la siguiente ronda de financiación. ¡Esta es la realidad de una empresa emergente! Hay ciertos puntos de inflexión en los que tienes que demostrar tu capacidad y, por tanto, crear valor para atraer financiación adicional.

Creo que vamos por buen camino.