Biossensores para Proteínas Tóxicas

Por Murilo Sérgio da Silva Julião

Neurotoxinas são difíceis de detectar

         Existem inúmeras proteínas que os químicos analíticos gostariam de identificar numa ampla faixa de amostras. Por exemplo: seria muito útil detectar com rapidez a presença da toxina botulínica ou de ricina, uma proteína formada de carboidratos (lectina) e letal ao ser humano, em várias situações como: na área médica, no meio ambiente ou no caso de um ataque biológico. As proteínas tóxicas são notadamente difíceis de identificar, pois além de exigirem técnicas bem complexas e laboriosas, estas não respondem com a rapidez requerida.

         Andrew J. Bonham e colaboradores, da Universidade Metropolitana de Denver, Colorado, EUA, desenvolveram biossensores eletroquímicos a partir de aptâmeros que demostraram aplicabilidade na detecção, tanto da neurotoxina botulínica como da ricina. A equipe sugeriu que o dispositivo foi suficientemente robusto e específico para a detecção da proteína alvo em concentrações ao nível de nM (10^-9 molL^-1). Além disso, as análises funcionaram em amostras diluídas de soro sanguíneo. O grupo do Dr. Andrew J. Bonham relatou no artigo publicado na revista Chemical Communications que esses "biossensores podem futuramente vir ajudar no diagnóstico rápido de toxinas." A mesma abordagem poderá ser estendida para outras proteínas tóxicas.

Toxinas Botulínica e Ricina

         Os pesquisadores apontam que a bactéria Clostridium botulinum encontrada em solos, bem conhecida pela toxina causadora do botulismo, doença potencialmente fatal, pode ser transmitida para o homem através de má higiene alimentar ou de agulhas contaminadas por usuários de drogas. Embora seja conhecida também por suas aplicações como um relaxante muscular nos campos da cosmética e da medicina, a sua potencial aplicação como um agente de guerra biológica torna-se bastante preocupante. Os testes atuais para a toxina botulínica dependem de inoculação em ratos ou testes de ELISA (ensaios imunosorventes de enzimas ligadas), que têm um tempo de resposta de dois a cinco dias. E infelizmente, o botulismo, uma vez contraído, age rapidamente e é muitas vezes fatal num prazo muito mais curto.

         Do mesmo modo, a ricina, uma proteína produzida pelo óleo de rícino extraído da planta Ricinus comunis, é letal para os seres humanos numa dose < 1,0 mg/Kg de massa corporal. Também pode ser usada como um agente de guerra biológica e seus efeitos letais podem levar de 6 a 12 horas para se manifestar. Mais uma vez, um teste rápido no local para esta proteína seria de grande utilidade aos militares dos serviços de emergência médica.

Aptâmeros se ligam a um alvo específico

         Na busca por testes rápidos para analitos biológicos específicos de interesse médico, uma abordagem recente é o desenvolvimento de biossensores que exploram uma interação altamente específica entre o alvo e o sensor, por exemplo: sensores eletroquímicos baseados no DNA (sensores E-DNA). Tais sensores possuem um oligonucleotídeo (ex.: DNA) que apresenta uma sequência de “aptâmeros" que se ligam à proteína e ao grupo eletroquimicamente ativo, como azul de metileno, que facilmente doa ou recebe elétrons. Este aptâmero é quimicamente ligado a um eletrodo de ouro, que é então utilizado na determinação eletroquímica do seu alvo.

         A conveniência de uma única etapa deste método permite a análise em minutos em vez de dias. Até esta data, outros sensores deste tipo têm sido relatados para a detecção de oligonucleotídeos, fármacos de moléculas pequenas, anticorpos e proteínas ligantes do DNA.

Detecção sensível, mas com ambiente favorável à melhoria

         A próxima etapa no desenvolvimento de biossensores tipo E-DNA seria a definição de uma estratégia geral para torná-los, de modo que quase toda a proteína alvo pudesse ser analisada com um sensor específico. Nesta pesquisa, a equipe do Dr. Bonham a princípio, desenvolveu uma técnica para ligar o aptâmero apropriado às toxinas ricina e botulínica em tais biossensores. "Este método de inserção de aptâmeros em andaimes é muito promissor para uma abordagem genérica", disse Bonham. Os sensores mostraram grande sensibilidade, com valores de concentração aos níveis de 0,4 nM (± 0,2) para a toxina botulínica e 0,7 nM (± 0,5) para a ricina.

         Estes valores de detecção para a ricina são muito próximos da dose letal para esta toxina e por isso este biossensor deve ser sensível o suficiente, no mundo real, para detecção clínica. Uma optimização adicional é necessária para aumentar a sensibilidade do detector para a toxina botulínica a um nível útil, dado que esta toxina é letal numa fração dessa concentração (níveis < 10^-12 mol/L). A equipe está trabalhando para alcançar esse objetivo.

Referência

Electrochemical Aptamer Scaffold Biosensors for Detection of Botulism and Ricin Toxins, Lisa Fetter, Jonathan Richards, Jessica Daniel, Laura Roon, Teisha J. Rowland, Andrew J. Bonham, Chem. Commun. 2015.