Alianzas y Tendencias BUAP Volumen 5, Número 20

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA Rector, Dr. José Alfonso Esparza Ortiz Secretario General, Mtra. Guadalupe Grajales y Porras Vicerrector de Investigación y Estudios de Posgrado, Dr. Ygnacio Martínez Laguna ALIANZAS Y TENDENCIAS BUAP. Año 5, Nº 20, OctubreDiciembre de 2020, es una publicación trimestral editada por la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, con domicilio en 4 sur 104, Col. Centro, C.P. 72000, Puebla Pue., Tel. +52 222 2295500 Ext. 2234 Director Fundador: Dr. Martín Pérez Santos (Dirección de Innovación y Transferencia del Conocimiento, BUAP). Director y Editor en jefe: Dr. Jesús Muñoz Rojas (Instituto de Ciencias, BUAP). Editores asociados: Dra. Verónica Quintero-Hernández (Cátedra CONACYT-Instituto de Ciencias, BUAP). Dra. Yolanda Elizabeth Morales-García (Facultad de Ciencias Biológicas, Licenciatura en Biotecnología, BUAP). Comité Editorial/Editorial Board D. C. Patricia Bernal Guzmán (Facultad de Biología, Universidad de Sevilla, Sevilla, Andalucía, España). D. C. Abdelali Daddaoua (Departamento de Bioquímica y Biología Molecular II. Facultad de Farmacia. Universidad de Granada, Granada, España). D. C. Miguel Matilla Vázquez (Department of Environmental Protection, Estación Experimental del Zaidín, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Granada, España). D. C. Antonino Báez Rogelio (Laboratorio de Ecología Molecular Microbiana, Centro de Investigaciones en Ciencias Microbiológicas, Instituto de Ciencias, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México). D. C. Miguel Ángel Villalobos López (Centro de Investigación en Biotecnología Aplicada, Instituto Politécnico Nacional, Tepetitla de Lardizabal, Tlaxcala, México). D. C. Hortencia Silva Jiménez (Área de Oceanografía Química, Instituto de Investigaciones Oceanológicas, Universidad Autónoma de Baja California, Ensenada, Baja California, México). D. C. Alma Rosa Netzahuatl Muñoz (PTC del programa académico de Ingeniería en Biotecnología, Universidad Politécnica de Tlaxcala, Colonia San Pedro Xalcaltzinco, Tepeyanco, Tlaxcala, México). D. C. Arturo Elías Domínguez ("Facultad de Ciencias Básicas, Ingeniería y Tecnología", Ingeniería Química, Universidad Autónoma de Tlaxcala, Calzada Apizaquito s/n. Apizaco, Tlaxcala, México).

D. C. José María Sigarreta Almira (Facultad de Matemáticas de la Universidad Autónoma de Guerrero, Acapulco, México). M. C. Carla de la Cerna-Hernández (Dirección de Innovación y Transferencia de Conocimiento, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México). D. C. Mayra Z. Treviño Garza (Departamento de Alimentos, Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Autónoma de Nuevo León, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México). D. C. Jesús Manuel Muñoz Pacheco (Facultad de Ciencias de la Electrónica, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México). D. C. Siara Silvestri (Postgraduate Program in Environmental Engineering, Environmental Engineering Department, Federal University of Santa Maria–UFSM, 1000, Roraima Avenue, Santa Maria, RS, 97105-900, Brazil). D. C. Cindy Bandala ((1) Instituto Nacional de Rehabilitación LGII. (2) Sección de Posgrado e Investigación, Escuela Superior de Medicina, Instituto Politécnico Nacional). Reserva de Derechos al uso exclusivo 04-2016-061316422200203, ISSN: 2594-0627, ambos otorgados por el Instituto Nacional de Derecho de Autor de la Secretaría de Cultura. Responsable de la última actualización de este número la Dirección de Innovación y Transferencia de Conocimiento de la BUAP, Dr. Martín Pérez Santos, domicilio en Prolongación de la 24 Sur y Av. San Claudio, Ciudad Universitaria, Col. San Manuel, Puebla, Pue., México, C.P. 72570, fecha de la última modificación, 27 de diciembre de 2020. Email: jesus.munozrojas@viep.com.mx Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación.

Revista indizada en: Latindex International Scientific Indexing Academic Resource Index CiteFactor Portada Lic. Arte Digital Ximena Gordillo Ibarra Lic. Arte Digital Jesús Mauricio Muñoz Morales

CONTENIDO AyTBUAP 5(20) i.

Dos mil veinte, un año marcado por la COVID-19, retos y perspectivas a corto plazo. Yolanda Elizabeth Morales García

99

Revisión sobre la ocurrencia de triclosán en aguas subterráneas y tendencias tecnológicas para su remoción. Alma Rosa Netzahuatl-Muñoz1*, Patricia Rodríguez-Cuamatzi**

1

Enlaces pasados y presentes de Alianzas y Tendencias BUAP y perspectivas de la revista. Julieta Mariana Muñoz-Morales, Brenda LunaSosa, Jesús Muñoz-Rojas*

11

Métodos de detección del SARS-CoV-2 en pacientes enfermos de COVID-19.

136

Inoculante de segunda generación para incrementar el crecimiento y salud de plantas de jardín. Yolanda Elizabeth Morales-García, Dalia Juárez-Hernández, Ana Laura HernándezTenorio, Julieta Mariana Muñoz-Morales, Antonino Baez*, Jesús Muñoz-Rojas**

Esmeralda Escobar-Muciño*, Estrella EscobarMuciño, Adriana Gamboa-Pérez

155 44

El dinero como fuente de contagio de SARS-CoV-2 en México. Julieta Mariana Muñoz-Morales, Brenda LunaSosa, Yolanda Elizabeth Morales-García*, Jesús Muñoz-Rojas**.

50

Descripción del sistema CRISPR-Cas y su aplicación como metodología de punto de cuidado en la detección del SARS-CoV-2. Esmeralda Escobar-Muciño*, Estrella EscobarMuciño, Adriana Gamboa-Pérez

Diversidad de bacterias no fotosintéticas y sus procesos metabólicos asociados a los líquenes. Martínez-Vargas Blanca Isabel, Pérez-y-Terrón Rocío*

AyTBUAP 5(20):i-viii Morales-García, 2020 https://eoi.citefactor.org/10.11235/BUAP.05.20

Dos mil veinte, un año marcado por la COVID-19, retos y perspectivas a corto plazo Yolanda Elizabeth Morales-García1,2* ID. 1

Facultad de Ciencias Biológicas, Licenciatura en Biotecnología, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP). 2 Grupo “Ecology and Survival of Microorganisms”, Laboratorio Ecología Molecular Microbiana, Centro de Investigaciones en Ciencias Microbiológicas, Instituto de Ciencias, BUAP. *Email autor corresponsal: lissiamor@yahoo.com.mx

RESUMEN El año 2020 fue un año lleno de retos para ser superados. Lamentablemente muchos de nuestros seres queridos no consiguieron sobrevivir ante la pandemia. Aquí presentamos un resumen del comportamiento global de la COVID-19, número de individuos diagnosticados como positivos a SARSCoV-2 y el número de muertes en el mundo. Mostramos un panorama general de las investigaciones realizadas sobre COVID-19, así como las publicaciones que han sido presentadas en Alianzas y Tendencias BUAP. Además, presentamos las noticias alentadoras de tratamiento y vacunas que se han desarrollado y que están cada vez más cerca para la población; lo que podría permitirnos retornar a una vida activa. Palabras clave: Editorial, Alianzas, Tendencias, BUAP, COVID, revista científica.

ABSTRACT 2020 was a year full of challenges to be overcome. Unfortunately, many of our loved ones did not survive the pandemic. Here we present a summary of the global behavior of COVID-19, the number of individuals diagnosed as positive for SARS-CoV-2 and the number of worldwide deaths. We show an overview of the research carried out on COVID-19, as well as the publications that have been presented in BUAP Alliances and Trends. In addition, we present the encouraging news of treatment options and vaccines that have been developed and that are increasingly administered to the population; which could allow us to return to a more active and carefree life. Keywords: Editorial, Alliances, Trends, BUAP, COVID, scientific journal. i Editorial

AyTBUAP 5(20):i-viii Morales-García, 2020

EDITORIAL Está a punto de terminar el año 2020, un año sumamente difícil para todo el mundo. La diseminación del SARS-CoV-2 simplemente no pudo ser detenida y a pesar del esfuerzo de las naciones de bajar la incidencia de la transmisión, este virus ha infectado a una gran parte de la población [1,2]. Desafortunadamente, muchas personas infectadas desarrollaron cuadros graves de COVID-19 y otros tantos más se convirtieron en portadores asintomáticos [3]. Según el mapa mundial del coronavirus se han reportado 78.4 millones de casos y más de 1.7 muertos en todo el mundo, dato cotejado al 23 de diciembre de 2020 [4]. En México en particular, hay semáforo rojo en la mayoría de los Estados de la República y somos el cuarto lugar a nivel mundial en casos de muerte por COVID-19, a fecha de 23 de diciembre de 2020 (Figura 1). Sin embargo, ocupamos el octavo lugar en la detección del SARS-CoV-2, lo que deja entrever que no se están haciendo los monitoreos suficientes en la población para determinar el número real de personas infectadas.

Figura 1. Países con más muertes por COVID-19 y casos de coronavirus detectados. Fuente [4].

La COVID-19 ha sido un tema de investigación prioritario en todo el mundo, una gran cantidad de artículos tocan del tema desde distintas perspectivas, por ejemplo, la transmisión del virus, los mecanismos de infección, el desarrollo de pruebas diagnósticas, el desarrollo de vacunas, desarrollo de posibles tratamientos, entre otros [3,5–8]. En Alianzas y Tendencias BUAP varios de nuestros artículos tomaron en consideración abordar temas relacionados a la COVID-19 ocasionada por el SARS-CoV-2 ii Editorial

AyTBUAP 5(20):i-viii Morales-García, 2020

[9–14]. Estos artículos serán de ayuda para tener información reciente para la población de habla hispana. Sin embargo, el trabajo científico no se puede detener y desde luego otros temas de interés también fueron publicados a lo largo del año. El desarrollo de vacunas en fase comercial ha sido un rayito de esperanza para la humanidad [10,15]. En México ya se ha iniciado la estrategia de vacunación y las primeras vacunas han llegado a territorio mexicano, no obstante, el optimismo no debe ser excesivo… nos advierten [16]. Sabemos que aún son pocas vacunas con las que se cuenta y habrá personas prioritarias para recibirla, sin embargo, es alentador para la población conocer que es posible y que la espera durante el confinamiento ya tiene una posible puerta hacia la recuperación de una vida activa. El 3 de diciembre de este año, otro rayito de esperanza alumbró a nuestro camino, se dio a conocer un posible tratamiento, se trata de un análogo de ribonucleósido denominado “MK-4482/EIDD-2801” [17]. Aún está en fase de prueba, pero es muy alentador, ya que podría evitar la muerte en las personas que se agravan. Hay muchos misterios alrededor del tema de COVID-19, por ejemplo, ¿por qué hay un gran número de personas asintomáticas?, ¿son realmente asintomáticas? o están desarrollando otros cuadros infecciosos lentos de los que aun desconocemos las consecuencias. Al respecto, se ha tenido noticia de que muchas personas infectadas desarrollan cuadros atípicos graves en otros órganos, como por ejemplo el páncreas, los riñones, la vejiga, los intestinos [9,18]. Esto podría implicar que aún no conocemos las consecuencias reales del impacto de esta enfermedad y una perspectiva a corto plazo, debería ser evaluar en forma sistematizada el número de casos que ocurren con consecuencias en otros órganos. Otro tema candente que debe ser abordado es el hecho de la recurrencia de la enfermedad en algunas personas infectadas, es decir estudiar la recurrencia de reinfecciones [19]. Esto podría estar ligado a la baja de defensa inmunológica de esos pacientes, sin embargo, también puede ser una señal de alerta porque quizás la inmunidad está siendo afectada o podría ser que no hay una respuesta de memoria ideal para una inmunización a largo plazo. Apenas hemos pasado un año coexistiendo con esta pandemia y ya se habla de estos casos de reinfección. Será interesante conocer la respuesta de las personas vacunadas, en relación con el tiempo de inmunización adquirido tras su vacunación. Lamentablemente en estos últimos días en Londres se ha reportado la presencia de una cepa nueva de SARS-CoV-2, con mayor capacidad de transmisión, lo que podría desencadenar una mayor letalidad, está se ha llamado VUI 202012/01" (por "Variant Under Investigation") y contiene varias mutaciones [20,21]. Las fronteras con Reino Unido fueron cerradas para evitar la diseminación, fue el primer sitio donde inició la vacunación contra la estirpe normal. Quizás el proceso de vacunación ha permitido iii Editorial

AyTBUAP 5(20):i-viii Morales-García, 2020

seleccionar esa nueva variante, o tal vez es solo parte de la evolución acelerada del virus. En el ambiente científico es imperativo seguir cuestionando, porque de esas preguntas es de donde saldrán las nuevas estrategias de combate contra SARS-CoV-2. Dos mil veinte fue un año de tristeza para varios hogares, también fue difícil en el ámbito laboral, se implementó el trabajo desde casa, sin embargo, muchas familias no estaban preparadas para soportar esta situación. Por ejemplo, en una familia donde los padres tenían que trabajar y los hijos tomar sus cursos en línea, se tuvieron que organizar para turnarse la única computadora con la que contaban en casa. Para una gran parte de la población no se contaban con las herramientas adecuadas para este proceso, por lo que un reto para la mayor parte de la población fue el invertir en estas tecnologías para poder desarrollar sus actividades de trabajo, de estudio y de desarrollo social. No obstante, la brecha social para adquirir estas tecnologías ha marcado fuertemente a la “población económicamente más vulnerable” [22,23]. La economía desde luego ha venido en caída y el desempleo aumentó, muchos negocios han tenido que cerrar las puertas, es tiempo de cambiar la mentalidad y hacer otro tipo de negocios que impliquen menos contacto, tal vez los centros comerciales de aglomeración ya no serán la moda para la comercialización de productos. Hoy más que nunca las compras en línea están resultando de mayor impacto y habrá que girar en diversos ámbitos a este tipo de estrategias. El campo agrícola es un sitio que no puede parar, de ello depende la alimentación humana, pero ¿cómo debe ser desarrollado en tiempos de COVID? Este debe desarrollarse de forma que se permita la seguridad de los que están trabajando en este ámbito, nadie es inmune de forma natural ante este virus. Proteger a los agricultores mediante vacunación debe ser prioridad. Además, debemos procurar una agricultura amigable con el medio ambiente que garantice la productividad, pero que a su vez sea inocuo para los seres vivos y el medio donde se desarrollan [24,25]. Esta estrategia dará oportunidad a mejorar la salud del ambiente y en consecuencia de las personas, permitiendo una mejor inmunidad y resistencia ante el SARS-CoV-2. Son tiempos difíciles, tiempos de cambios y de oportunidades ante los desafíos que ha desencadenado esta pandemia. En este número de Alianzas y Tendencias, después de la evaluación de rigor por pares académicos, se publicaron tres artículos que abordan el tema de COVID-19, uno de revisión de tecnologías novedosas de CRISPR-Cas para diagnóstico y tratamiento [12], otro de diagnóstico [11] y uno más de opinión sobre cómo evitar contagios del SARS-CoV-2 por el uso de dinero [13]. Además, se muestra un artículo de opinión de la evolución de la revista [26], una revisión sobre la ocurrencia de triclosán en aguas subterráneas y como llevar a cabo su remoción [27], otro artículo sobre iv Editorial

AyTBUAP 5(20):i-viii Morales-García, 2020

la diversidad de bacterias fotosintéticas y sus procesos metabólicos asociados a líquenes [28] y otro más sobre un inoculante de segunda generación para incrementar el crecimiento y salud de plantas de jardín [29]. Les deseamos a todos los que han participado en la revista mucho éxito para 2021. Además, a los autores como a los lectores les deseamos estén llenos de salud y felicidad para el año 2021. Será un año lleno de retos y aprendizaje en la coexistencia con la pandemia, por lo que debemos incrementar los esfuerzos de cuidarnos y seguir todas las recomendaciones dictadas por la Organización Mundial de la Salud.

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v Editorial

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Tendencias

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viii Editorial

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from:

AyTBUAP 5(20):1-10 Muñoz-Morales et al., 2020 https://eoi.citefactor.org/10.11235/BUAP.05.20.01

Enlaces pasados y presentes de Alianzas y Tendencias BUAP y perspectivas de la revista Julieta Mariana Muñoz-Morales1,2 ID, Brenda Luna-Sosa2 ID, Jesús Muñoz-Rojas2* ID. 1

Licenciatura en Biotecnología, Facultad de Ciencias Biológicas, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP). 2 Alianzas y Tendencias BUAP. 3 Instituto de Ciencias, BUAP. *Email autor corresponsal: joymerre@yahoo.com.mx Recibido: 26 septiembre 2020. Aceptado: 24 octubre 2020

RESUMEN La revista Alianzas y Tendencias BUAP (AyTBUAP) es un proyecto que inició en 2015 con el propósito de publicar artículos originales, artículos cortos, revisiones y opiniones de tendencias, especialmente relacionadas con las patentes y conocimiento novedoso aplicado, sin excluir ciencia básica de frontera. El proyecto se ha ido consolidando a lo largo del tiempo y en 2020 se creó un nuevo portal web con dominio propio. En este nuevo portal los lectores pueden visualizar los artículos en su versión HTML o descargar los artículos en su versión PDF. La revista ya ha sido indizada en 4 sitios diferentes (International Scientific Indexing, CiteFactor, Academic Resource Index y Latindex) y su visibilidad ha incrementado. La labor de arbitraje ya es reconocida por Publons y se proyecta que AyTBUAP sea indizada en otras plataformas, así como incrementar su visibilidad y factor de impacto. Palabras clave: indización, Alianzas y Tendencias BUAP, visibilidad, revista multidisciplinaria científica.

ABSTRACT The Alliances and Trends BUAP (AyTBUAP) journal is a Project that started in 2015 with the purpose of publishing original papers, short papers, reviews, and trending opinions, specially related to patents and new applied knowledge, without excluding basic frontier science. The project has been consolidating over time and in 2020 a new web portal with its own domain was created. In this new portal the readers can either visualize the papers in HTML version or download the papers in PDF 1 Artículo de opinión

AyTBUAP 5(20):1-10 Muñoz-Morales et al., 2020

version. The journal has already been indexed in 4 different sites (International Scientific Indexing, CiteFactor, Academic Resource Index and Latindex) and its visibility has increased. The arbitration work is already recognized by Publons and it is projected that AyTBUAP will be indexed in other plataforms, and to increase its visibility and impact factor. Keywords: indexing, Alianzas y tendencias BUAP, visibility, multidisciplinary scientific journal. INTRODUCCIÓN

El primer portal para dar a conocer la revista,

El proyecto de la revista Alianzas y Tendencias

sitio que permitía descargar los artículos, fue

(AyTBUAP) fue iniciado en 2015 por el Dr.

generado dentro de la página de la Dirección de

Martín Pérez-Santos, invitando a diferentes

Innovación y Transferencia de Conocimiento

científicos para ser parte del comité editorial

de la Benemérita Universidad Autónoma de

[1]. AyTBUAP es una revista multidisciplinaria que

involucra

conocimiento:

las

siguientes

ciencias

de

la

áreas

Puebla (DITCo-BUAP), donde estuvimos

de

albergados de 2016-2018 [2]. En la actualidad

ingeniería,

no se puede acceder a la URL ya que por

ciencias médicas, ciencias exactas y naturales

cambios en las políticas de la DITCo-BUAP ya

[2]. La revista incluye subtemas como

no fue posible albergar a AyTBUAP. Sin

Biotecnología, ciencia y tecnología, ingeniería

embargo, algunos enlaces de los artículos aún

de comunicaciones, electrónica y control,

permanecen activos (Tabla 1-3).

tecnología, tecnología de alimentos, medicina. Además, la revista fue mostrada a través de la

Una característica con la que inició AyTBUAP

plataforma ISSUU a partir de marzo de 2017 en

fue la de aceptar artículos de análisis de

un enlace alternativo que se vinculaba al portal

patentes, pero posteriormente también se

de DITCo-BUAP (Figura 1) [3]. Se realizaron

incluyeron otro tipo de manuscritos, como por

algunos reajustes a los primeros números e

ejemplo, artículos originales, artículos de

incluso se cambió la numeración de las páginas

revisión, opiniones e innovaciones. La revista

en las primeras publicaciones, decisión que fue

ha sido de carácter gratuito, tanto para los que

tomada por los miembros del comité editorial

visualizan el contenido como para los que

de 2017, antes de someter la primera solicitud

publican en ella. La revista fue planeada para

de pertenencia a alguna indizadora. En ese

ser publicada trimestralmente a partir de 2016 y

portal web se mantuvo la revista hasta el

así se ha mantenido hasta la actualidad (2020).

número 3(11). 2 Artículo de opinión

AyTBUAP 5(20):1-10 Muñoz-Morales et al., 2020

Tabla 1. Vínculos de los manuscritos de la revista AyTBUAP que fueron enlazados desde la plataforma de DITCo-BUAP en el año 2016 y que permanecen activos. Vol (núm) 1(1)

1(2)

1(3)

1(4)

Enlace Actual AyTBUAP

Enlace DITCo

Reto agrobiotecnológico: inoculantes bacterianos de segunda generación Bioetanol: tendencias mundiales de investigación ¡Ahí viene la plaga!

http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol1_no1 _2016/agrobiotecnologico.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol1_no1 _2016/anio1_no1.pdf#page=14 http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol1_no1 _2016/plaga.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol1_no1 _2016/biotecnologia.pdf

IASA: Biotecnología para la salud y nutrición animal. Entrevista con Eduardo Lucio Decanini Bacterias: la nueva generación de inoculantes. Entrevista con Jesús Muñoz Rojas Vanadio y diabetes La Clínica Ruiz y la transferencia tecnológica de Zeoderma. Entrevista con el Ing. Gerardo Guillermo Lazo Ruiz Obesidad ¿cuáles son las tendencias internacionales de investigación? Diagnóstico de diabetes, ¿negocio rentable? Turbinas eólicas: principales tendencias tecnológicas a nivel mundial Chía, una semilla con potencial Drones mexicanos: Open investment RobotÉpsilon: robot de transmisión directa Electrónica rápida y equipos de medición. Entrevista con el Doctor Sergio Vergara Limón y la Dra. María Aurora Diozcora Vargas Treviño Fabricando Bioetanol

http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol1_no1 _2016/bacterias.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol1_no2 _2016/vanadio.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol1_no2 _2016/clinica_ruiz.pdf

http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol1_no2 _2016/obesidad.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol1_no2 _2016/diabetes.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol1_no3 _2016/turbinas.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol1_no3 _2016/chia.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/ejemplar Cuatro/drones.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol1_no4 _2016/robotepsilon.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/ejemplar Cuatro/equipoMedicion.pdf

http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/ejemplar Cuatro/bioetanol.pdf

3 Artículo de opinión

AyTBUAP 5(20):1-10 Muñoz-Morales et al., 2020

Tabla 2. Vínculos de los manuscritos de la revista AyTBUAP que fueron enlazadas desde la plataforma de DITCo-BUAP en el año 2017 y que permanecen activos. Vol (núm) 2(5)

2(6)

Enlace Actual AyTBUAP

Enlace DITCo

Biodiesel: tendencias tecnológicas internacionales para su obtención mediante el uso de arcillas Platillos típicos mexicanos como fuente de compuestos antimicrobianos y de microorganismos benéficos Bacterias rizosféricas como fuente de antibióticos

http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol2_no1_2017/biodisel.p df http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol2_no1_2017/platillos.p df

Pirroloquinolinaquinona (PQQ) y las bacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR). De la biosíntesis a los fenotipos FOS como alternativa contra el crecimiento y la virulencia de Pseudomonas aeruginosa PAO1 Diagnóstico de cáncer gástrico: reto y oportunidad Péptidos antimicrobianos de alacrán Método de vacunación basado en el direccionamiento de antígenos a células dendríticas El indicador Investment Readiness Level o cómo controlar nuestra Inversión mientras se desarrolla el modelo de negocio de una spin-off La BUAP obtiene 7 títulos de patentes

2(7)

2(8)

Las vesículas extracelulares y su papel en la salud y el cáncer Inoculación de plántulas micropropagadas de caña de azúcar con bacterias benéficas para potenciar su producción Úlcera de pie diabético: mapeo de publicaciones científicas y patentes Contribución de México a la investigación en diabetes tipo-2: un análisis bibliométrico 2011-2015 9 innovaciones que acabarán con las superbacterias

http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol2_no1_2017/bacterias. pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol2_no1_2017/biosintesi s.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/vol2_no1_2017/fos.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio2_no6_2017/cancer_g astrico.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio2_no6_2017/peptidos. pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio2_no6_2017/vacunaci on.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio2_no6_2017/indicado r_investment.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio2_no6_2017/patentes _universitarias.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio2_no7_2017/vesiculas .pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio2_no7_2017/inoculaci on.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio2_no7_2017/ulcera_pi e.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio2_no8_2017/diabetest ipo2.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio2_no8_2017/9innovac iones.pdf

Tabla 3. Vínculos de los manuscritos de la revista AyTBUAP que fueron enlazadas desde la plataforma de DITCo-BUAP en el año 2018 y que permanecen activos. Vol (núm) 3(9)

Enlace Actual AyTBUAP

Enlace DITCo

La galectina-9 y sus efectos protectores contra el cáncer El etiquetado nutrimental como herramienta principal en la prevención de la obesidad Patent highlights: uso de bacterias para la degradación de la atrazina Patent highlights: grafeno y sus aplicaciones actuales

http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio3_no9_2018/galectina -9.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio3_no9_2018/etiquetad o_nutrimental.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio3_no9_2018/highlight s_2.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio3_no9_2018/highlight s_3.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio3_no9_2018/highlight s_4.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio3_no11_2018/metodo logia.pdf

Patent highlights: enfermedades cardiovasculares 3(11)

3(12)

Metodología para aprovechar el reservorio mundial de patentes para impulsar la innovación de las pymes mexicanas Participación de los receptores PD-1 y CTLA-4 en cáncer cervicouterino BUAP 16 Títulos de patente obtenidos en 2018

http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio3_no12_2018/recepto res_pd1.pdf http://www.ditco.buap.mx/recursos/documentos/revista/anio3_no12_2018/patente s_universitarias.pdf

4 Artículo de opinión

AyTBUAP 5(20):1-10 Muñoz-Morales et al., 2020

Figura 1. Primer portal ISSUU donde se depositó la revista AyTBUAP. El nombre no se registró correctamente.

Debido a que la revista ya no estaría más en el

que el comité editorial fue ajustado debido a

portal de DITCo-BUAP y por la vinculación

que los miembros salientes tenían otras

que se mantenía desde el portal ISSUU, se

actividades prioritarias por atender [5].

decidió abrir un nuevo portal ISSUU que

A partir de 2020 se decidió hacer un proyecto

estuviera independiente a partir de 2019 (Figura

para tener una página web especial para la

2) [4]. Además, en este nuevo portal ISSUU se

revista con dominio propio (Figura 3) [6], por

corrigió el nombre a Alianzas y Tendencias

lo que la revista migró a un nuevo portal

BUAP; ya que el primer portal tenía un nombre

electrónico. El nuevo portal es dinámico,

incompleto (Alianzas y Tendencias). Este sitio

debido a que se va actualizando su contenido en

se mantiene hasta la fecha y contiene todos los

función de las nuevas publicaciones y los

números de la revista. Es importante mencionar

requerimientos de las indizadoras.

5 Artículo de opinión

AyTBUAP 5(20):1-10 Muñoz-Morales et al., 2020

Figura 2. Segundo portal ISSUU donde se depositó la revista AyTBUAP. El nuevo portal continúa hasta la fecha.

Figura 3. Nuevo sitio de alojamiento de la revista AyTBUAP.

6 Artículo de opinión

AyTBUAP 5(20):1-10 Muñoz-Morales et al., 2020

Este contenido se actualiza semanalmente y se

indexadas en CiteFactor tras la evaluación

han

contienen

respectiva [10]. En junio de 2020, se notificó

información importante para la descripción de

por parte de ISI que AyTBUAP ya contaba con

los artículos en su página HTML respectiva.

su primera evaluación de índice de impacto

Además, se cuenta con una sección donde los

correspondiente a 2019 con un valor de 0.60 en

lectores pueden hacer comentarios y también

acuerdo con la compañía indexadora (Figura 4).

secciones para el buen funcionamiento de la

En julio de 2020 adquirimos la facultad de

misma. Por nombrar algunos ejemplos, existe

asignar el número EOI otorgado por parte de

un sitio de descarga de las instrucciones para

CiteFactor. Desde su creación en 2016, la

autores, un sitio donde se pueden hacer envíos

revista ha ido evolucionando, la labor del

usando la plataforma, un sitio donde los

Director Fundador Martín Pérez-Santos fue

revisores envían sus comentarios de los

ardua y constante, siempre con el objetivo de ir

artículos evaluados, entre otras ventajas. Todos

mejorando el contenido de la revista. El último

los comentarios se analizan por el comité

ajuste mayor a AyTBUAP ocurrió en agosto de

editorial y se consideran con la finalidad de

2020, cuando la dirección de la revista fue

incrementar la calidad y visibilidad de la

transferida al Dr. Jesús Muñoz-Rojas y algunos

revista.

miembros

En este nuevo portal se cuenta con el contenido

reajustados [11], en función de los intereses de

de cada artículo en versión HTML y versión

los miembros salientes y entrantes.

incluido

metadatos

que

del

comité

editorial

fueron

PDF. La descarga de artículos es libre para los que desean leer o guardar nuestros manuscritos.

PERSPECTIVAS

En 2019 la revista AyTBUAP fue considerada

La política actual de los miembros del comité

para ser indexada en Latindex [7], sin embargo,

editorial y del director, es seguir creciendo y

aún no forma parte del catálogo de revistas, por

mejorando, con el objetivo de contar con una

lo que debemos seguir trabajando arduamente y

revista de carácter internacional. Los miembros

estamos en proceso de actualización. A partir de

del

2020 fuimos considerados para ser indexados

investigadores de España y México, que se

en ISI (International Scientific Indexing) [8] y

encuentran adscritos a centros de investigación

en Academic Resource Index [9]. En marzo de

y universidades ubicados en diferentes sitios.

2020 nos informaron que fuimos considerados

Solo

para formar parte del catálogo de revistas

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla 7

Artículo de opinión

comité

4

editorial

investigadores

se

componen

pertenecen

a

de

la

AyTBUAP 5(20):1-10 Muñoz-Morales et al., 2020

Figura 4. Certificado otorgado por International Scientific Indexing a AyTBUAP mostrando su primer factor de impacto. (sitio de origen de la revista), con el fin de dar

artículos que lleguen al portal para ser

apertura a miembros de otros sitios de

evaluados.

adscripción, a ser parte de este proyecto. Se

El año 2020 fue clave, una nueva noticia fue

continuará invitando a nuevos miembros que

pertinente para los evaluadores de manuscritos

deseen incorporarse como parte del comité

de AyTBUAP. El arbitraje de los artículos ya es

editorial, preferentemente que cuenten con una

reconocido por la plataforma de Publons y

trayectoria destacada en sus campos de estudio,

varios de nuestros árbitros ya han solicitado la

y se seguirá con la política de invitar a

verificación de su labor en dicha plataforma.

investigadores de diferentes lugares del mundo

Aún nos falta un camino largo por recorrer para

a publicar en Alianzas y Tendencias BUAP.

el

Para este nuevo fin, desde mayo de 2020 se

manuscritos, el incremento de calidad de los

decidió que las publicaciones de la revista

artículos aceptados, aumento de número de

podrían ser tanto en inglés como en español, y

citas, así como conseguir nuevas indizaciones.

así, aumentar la cobertura de potenciales

Pero tenemos el compromiso de seguir 8

Artículo de opinión

aumento

de

visibilidad

de

nuestros

AyTBUAP 5(20):1-10 Muñoz-Morales et al., 2020

trabajando arduamente para conseguir una

http://www.ditco.buap.mx/otc/oct-

mayor calidad del trabajo de esta plataforma y,

revista.php?pestana=otc

por supuesto, solo se conseguirá si se cuenta

[4]. Perez-Santos M. Primer portal para

con el apoyo de investigadores dispuestos a

Alianzas y Tendencias en ISSUU [Internet].

enviar

Available from:

manuscritos

a

la

plataforma

de

AyTBUAP.

https://issuu.com/alianzasytendencias [5]. Perez-Santos M. Segundo portal ISSUU para la revista Alianzas y tendencias BUAP

CONFLICTO DE INTERESES

[Internet]. 2019. Available from:

Los autores declaran no tener conflictos de

https://issuu.com/alianzasytendenciasbuap

intereses.

[6]. Muñoz-Rojas J. Editorial 4(13). Alianzas y Tendencias BUAP [Internet]. 2019;4(13):i. AGRADECIMIENTOS

Available from:

Agradecemos al Dr. Martín Pérez Santos por su

https://www.aytbuap.mx/publicaciones#h.st3m

valioso trabajo y enseñanzas para el desarrollo

kcrqjc5h

de este proyecto.

[7]. Muñoz-Rojas J. Nuevo dominio para el alojamiento de la revista Alianzas y Tendencias

REFERENCIAS

[Internet]. 2020. Available from:

[1]. Pérez-Santos M. Editorial AyT BUAP 1(1).

https://www.aytbuap.mx/

Alianzas y Tendencias BUAP [Internet].

[8]. Muñoz-Rojas J. Indización de Alianzas y

2016;1(1):i. Available from:

Tendencias BUAP en International Scientific

https://www.aytbuap.mx/publicaciones#h.jkjv8

Indexing [Internet]. 2020. Available from:

cfhs3dw

https://isindexing.com/isi/journaldetails.php?id

[2]. Perez-Santos M. Indización de Alianzas y

=13620

tendencias BUAP en Latindex [Internet]. 2019.

[9]. Perez-Santos M. Indización de Alianzas y

Available from:

tendencias BUAP en Academic Resource Index

https://www.latindex.unam.mx/latindex/ficha?f

[Internet]. 2020. Available from:

olio=26969

http://journalseeker.researchbib.com/view/issn/

[3]. DITCo. URL donde se resguardó Alianzas

2594-0627

y Tendencias BUAP de 2016-2018 [Internet].

[10]. Muñoz-Rojas J. Indización de Alianzas y

México: DITCo BUAP; 2016. Available from:

tendencias BUAP en CiteFactor [Internet]. 9

Artículo de opinión

AyTBUAP 5(20):1-10 Muñoz-Morales et al., 2020

2020. Available from:

Tendencias BUAP [Internet]. 2019;5(19):1–4.

https://www.citefactor.org/journal/index/25307

Available from:

#.X2xUUT_iuUl

https://www.aytbuap.mx/publicaciones#h.y3ft3

[11]. Daddaoua A. Editorial 5(19) AyTBUAP.

sx9przx

¿Qué necesitamos saber sobre Oligosacáridos de la Leche Humana (HMOs)? Alianzas y

10 Artículo de opinión

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020 https://eoi.citefactor.org/10.11235/BUAP.05.20.02

Métodos de detección del SARS-CoV-2 en pacientes enfermos de COVID-19 Esmeralda Escobar-Muciño1* ID, Estrella Escobar-Muciño2 ID, Adriana Gamboa-Pérez1 ID. 1

Centro de Investigación en Ciencias Microbiológicas, Posgrado en Microbiología. Instituto de Ciencias, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, México. 2 Escuela de Ingeniería en Mecatrónica de la Universidad Politécnica de Tlaxcala, México. *Email autor corresponsal: esmeeem2014@gmail.com Recibido: 22 octubre 2020. Aceptado: 29 noviembre 2020

RESUMEN El brote emergente de la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19) continúa extendiéndose por todo el mundo. Demostrando su efecto dañino en muchos sistemas y órganos humanos; esto es de gran preocupación para la sociedad en general afectando la vida diaria y la economía mundial. Además, de causar una necesidad sin precedentes de utilizar métodos de diagnóstico rápidos y sensibles para detectar el virus, especialmente cuando las vacunas no están disponibles. Motivo por el cual el objetivo de la presente revisión fue comparar estudios publicados para obtener información sobre los métodos de detección del SARS-CoV-2 como: la reacción en cadena de la polimerasa con transcriptasa inversa (RT-qPCR), la amplificación isotérmica mediada por asa con transcriptasa inversa (RT-LAMP), las pruebas serológicas y los diferentes biosensores como: (i) los biosensores colorimétricos ópticos (fluorescentes), (ii) los biosensores electroquímicos (los potenciométricos y los amperométricos), (iii) los biosensores basados en aptámeros y (iv) los polímeros de impresión molecular (PIM). Además, se resumieron las ventajas y desventajas de las plataformas que están en la etapa de desarrollo y el crecimiento como nuevas tecnologías de detección para el diagnóstico del SARS-CoV-2. Palabras clave: inmunoglobulinas (IgG e IgM), métodos de detección, polímero de impresión molecular (PIM), RT-LAMP, RT-qPCR y SARS-CoV-2.

ABSTRACT The emerging outbreak of coronavirus disease 2019 (COVID-19) continues to spread around the world. Demonstrating its damaging effect on many systems and human organs; this is of great concern 11 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

to society likewise it affects their daily life and the world economy. Caused an unprecedented need for rapid diagnostics for rapid and sensitive detection of the virus, especially when the vaccines are not available. This study aimed to compare published studies to obtain information on the detection methods of SARS-CoV-2 such as: the RT-qPCR, the RT-LAMP, the serological tests, and the different biosensors such as: (i) the optical colorimetric biosensors (fluorescent), (ii) the electrochemical biosensors (potentiometric and amperometric), (iii) the biosensors based on aptamers, and (iv) the molecular impress polymer (MIP). Also was summarized the advantages and disadvantages of new platforms that find in the development and growth stage as new detection technologies for diagnosing the SARS-CoV-2. Keywords: immunoglobulins (IgG and IgM), detection methods, molecular impress polymer (MIP), RT-LAMP, RT-qPCR, and SARS-CoV-2. INTRODUCCIÓN

febrero del 2020 ya se consideraban 43,103

En diciembre del 2019 se dio a conocer que la

casos confirmados con neumonía (COVID-19)

enfermedad

(COVID-19)

en 25 países [3], para el 11 de marzo del 2020

(coronavirus desease 2019, por sus siglas en

fue declarada una pandemia que afecto la vida

inglés) causada por la cepa del coronavirus tipo

de millones de individuos. En consecuencia,

2 del síndrome respiratorio agudo severo

para la fecha del 1 de mayo del 2020 alrededor

(SARS-CoV-2), era capaz de infectar a los seres

de 3,321,402 personas se confirmaron como

humanos. El descubrimiento fue por medio de

infectadas por el virus y ya había 237,180

un brote de neumonía en Wuhan, provincia de

muertes a nivel mundial [4]. Cabe agregar que,

Hubei en China. Desde entonces, esta epidemia

para la fecha del 28 de junio del 2020, se

se extendió por todo el mundo [1]. Fue entonces

reportaron 9,653,066 casos diagnosticados en

que la nueva neumonía causada por el

214 países [5]. Para dar continuación con los

coronavirus fue nombrada COVID-19 por la

datos el 21 de julio del 2020 la enfermedad se

Organización Mundial de la Salud (OMS) [2].

había extendido a más de 215 países, con más

Posteriormente, el 30 de enero del 2020, la

de 15,000,000 de personas infectadas y más de

OMS declaró al COVID-19 como una

615,000 muertes [6]. El 23 de agosto del 2020

emergencia de salud pública de interés

se reportaron 23,213,489 casos de personas

internacional. En relación con esto el 7 de

infectadas y 804,556 de muertes de personas

del

coronavirus

12 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

por infección del SARS-CoV-2. El número de

la finalidad de hallar los principales grupos que

casos siguió creciendo, encontrando que en

son susceptibles a la enfermedad, encontrando

septiembre se reportaron 23,213,489 casos de

que la edad media de los pacientes confirmados

personas infectadas y 804,556 muertes por

fue de 46 años. Observando, que la mayoría de

infección del SARS-CoV-2 y finalmente, para

las personas infectadas tenían entre 30 y 59

el 17 de octubre del 2020 se reportaron

años con una tasa de incidencia más alta para

39,337,397 casos de personas infectadas y

los hombres que para las mujeres. También, se

1,104,497 de muertes por infección del SARS-

reportó que los pacientes que fallecieron tenían

CoV-2 [5]. Y para la misma fecha en México se

una o más comorbilidades, principalmente

reportaron

hipertensión

834,910

casos

de

personas

arterial

(HTA),

diabetes

y

infectadas y 85,285 muertes por infección del

obesidad. Por lo que, la epidemiología

virus [7].

descriptiva ha demostrado similitudes entre los reportados

casos de COVID-19 en varias regiones cuyo

principalmente estudios sobre la relación de las

comportamiento es parecido al de China, lugar

condiciones ambientales y la transmisión del

de origen de la infección [9].

SARS-CoV-2 como ejemplos: la temperatura,

En general, se ha observado que de la mayoría

la evaporación, la precipitación y el clima

de los casos por COVID-19 se han registrado a

regional. Se suman los estudios de Méndez-

partir de cada uno de los pacientes, procediendo

Arriaga y cols., informando que las altas

al diagnóstico médico de la enfermedad e

temperaturas y la alta evaporación en climas

identificación del SARS-CoV-2 por el método

tropicales son los mejores predictores de una

de

condición desventajosa para la supervivencia

Observando, que los resultados obtenidos

del SARS-CoV-2 indicando que la incidencia

confirmaron que la edad, la diabetes, la presión

del

regiones

arterial y la obesidad son los principales riesgos

tropicales. A su vez, las bajas temperaturas y un

de infección y hospitalización por COVID-19

ambiente seco favorecen la propagación de la

[10].

infección por causa del virus, por lo que se ha

tabaquismo, la obesidad y el asma son factores

sugerido evitar espacios cerrados, como por

de riesgo de infección por el virus. Por lo que

ejemplo los que se generan por aires

estos hallazgos fueron importantes en el

acondicionados [8]. En algunos países como

establecimiento de políticas de salud pública y

México se han hecho análisis estadísticos, con

la asignación de recursos sanitarios durante la

En

México

se

COVID-19

encuentran

disminuye

en

13 Artículo de revisión

RT-qPCR

Además,

(RT-PCR

la

tiempo

real).

inmunosupresión,

el

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

pandemia actual en México y los demás países

causa del virus. Lo cual podría contenerse con

[10-13].

las terapias antivirales y detenerse hasta que la

En comparación con pandemias anteriores

población sea inmune al SARS-Co-V-2 por

(como la influenza), el COVID-19 ha tenido

medio de la vacuna [17]. De los antivirales a la

una mayor tasa de mortalidad y transmisibilidad

fecha se reportan 164 vacunas de las cuales 41

porque que se ha extendido a 200 países [14].

vacunas han sido exploradas en pacientes

Esta situación forzó el surgimiento de las

humanos cuyo estatus corresponde a las fases I-

medidas de prevención contra el contagio del

III.

COVID-19. El principal ejemplo de estas

encuentran en fase preclínica de estudio, 35

medidas

del

vacunas se encuentran en fase I de estudio, 24

distanciamiento social, el aislamiento y el toque

vacunas en fase II de estudio, 11 vacunas en

de queda en algunas ciudades del mundo. Cabe

fase III de estudio y 3 vacunas en fase IV de

agregar que también se aceleraron el tiempo de

estudio. Por otro lado, se reportan un total de

desarrollo

antivirales,

364 terapias antivirales de las cuales 278 han

anticuerpos, terapias y vacunas; por otra parte,

sido probadas en humanos [6, 18]. A la fecha,

se revaloraron algunos antivirales y vacunas

hay reportes de cada una de las terapias

desarrollados con anterioridad que podrían ser

antivirales y vacunas; las más importantes son:

efectivos contra el COVID-19 [15, 2, 14].

remdesivir,

son

y

la

implementación

producción

de:

Encontrando,

que

122

hidroxicloroquina,

vacunas

se

lopinavir,

ritonavir e interferón. Pero estas terapias han

En consecuencia, las medidas de emergencia

demostrado tener poco o nulo efecto en

sanitaria se implementaron inmediatamente

pacientes

después de que la OMS declaró la pandemia,

hospitalizados

por

COVID-19.

También, se reportan otros tratamientos por

requiriendo la suspensión de las actividades no

ejemplo el CT-P59, que se encuentra en fase 1

esenciales. Posteriormente, en marzo del 2020,

de investigación observando un tiempo de

se adoptaron las acciones de una "sana

recuperación del 44% en pacientes con

distancia" y las medidas generales de higiene.

síntomas leves de COVID-19. Mientras que, el

Estas acciones surgieron con el objetivo de

tratamiento con ivermectina y doxiciclina ha

reducir la transmisión del SARS-CoV-2 en los

sido de utilidad en pacientes con enfermedad

ciudadanos mediante la reducción de la tasa de

leve a moderada y el avidaptil ha sido reportado

contacto [16].

que ayuda a los pacientes y presentan una Actualmente, se siguen reportando casos de

mayor

pacientes sospechosos, enfermos y muertes por 14 Artículo de revisión

supervivencia

(81%)

durante

un

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

monitoreo de 60 días. Pero estos datos han sido

enfermedad se ven obstaculizados por múltiples

reportados en un bajo número de pacientes de

factores, incluidos: (1) la falta de capacidad de

prueba. Sin embargo, aún existen desafíos para

producción de pruebas diagnósticas que son de

el desarrollo de terapias o vacunas, como la

alta demanda a nivel mundial (necesarias para

efectividad, las cuestiones regulatorias, la

detectar el virus en personas portadoras); (2) la

producción a gran escala y el despliegue al

sensibilidad

público [6, 18]. Por otro lado, en la actualidad

limitada de las distintas plataformas de pruebas

se considera que el sistema inmunológico juega

moleculares

un papel importante para superar o no la

experiencia técnica necesaria para obtener

enfermedad; en consecuencia, las personas

resultados válidos [19]. Razón por la cual, el

inmunodeprimidas, las personas con al menos

objetivo de este trabajo es informar y describir

una comorbilidad o afecciones crónicas son

los diferentes métodos de detección del SARS-

altamente vulnerables. Para estas personas la

CoV-2 así como las ventajas y desventajas de

única línea de defensa es tomar precauciones

los métodos que a continuación se describen.

diagnóstica,

e

aparentemente

inmunológicas;

(3)

y

la

mediante el uso de los desinfectantes, las mascarillas, los estimulantes del sistema

Componentes moleculares del SARS-CoV-2

inmunológico y los medicamentos aprobados

En cuanto al genoma del coronavirus se han

clínicamente contra el SARS-CoV-2 [6].

descubierto las proteínas correspondientes al

Las investigaciones recientes sugieren que las

ORF1ab donde las proteínas más estudiadas del

personas infectadas con el virus pueden ser

SARS-CoV-2 han sido nombradas como: (a) la

peligrosas debido a que una persona infectada

proteasa de dominio papaína-like (NSP3), (b) la

puede contagiar hasta 5.6 personas en promedio

proteinasa 3CL-pro (NSP5), (c) la polimerasa

[19]. Estos resultados, sugieren la necesidad de

directa dependiente de RNA (RdRp), (d) la

ensayos para detectar el virus que sean rápidos

helicasa, (e) la endonucleasa y (f) la metil

y

laboratorios

transferasa. Mientras que, la región de las

certificados y la FDA (Food Drugs and

proteínas estructurales está conformada por: (a)

Administration, por sus siglas en inglés),

la proteína espícula (S), (b) la proteína de

utilizando preferiblemente el equipo existente

envoltura, (c) la proteína de membrana (M) y

para facilitar la detección de los componentes

(d) la proteína de nucleocápside (N). En la

moleculares del virus a gran escala [19, 20]. Sin

figura

embargo, los esfuerzos para controlar la

componentes del virus del SARS-CoV-2 [21,

sensibles

aprobados

por

15 Artículo de revisión

1

se

observan

los

principales

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

22]. Y su función se describe a continuación:

en la célula del huésped iniciando el proceso de

(a) la proteasa con dominio papaína-like

infección [26]. La figura 1, se detallan las

participa junto con el ORF nsp4 en el

estructuras principales del SARS-CoV-2.

ensamblaje de las vesículas citoplasmáticas de doble membrana inducidas por el coronavirus, que son necesarias para la replicación viral. A su vez, antagoniza la inducción de la respuesta inmune innata del interferón tipo I al bloquear la

fosforilación,

la

dimerización

y

la

translocación nuclear del interferón tipo III del huésped e impide la vía de señalización NF-kB (factor nuclear potenciador de las cadenas

Figura 1. Descripción de los principales componentes estructurales del SARS-CoV-2. Imagen basada en [21].

ligeras kappa de las células B activadas, por sus siglas) inducida en el hospedero [23]. (b) la proteinasa 3CL-PRO o proteasa principal

Métodos de detección del SARS-CoV-2

(Mpro) corta el extremo C-terminal de la replicasa en 11 sitios (reconociendo sustratos

Los estudios epidemiológicos basados en la

que contienen la secuencia [ILMVF]-Q-|-

detección del SARS-CoV-2 son de particular

[SGACN]). También, puede unirse a la ADP-

importancia. Existen diferentes técnicas que

ribosa-1``-fosfato (ADRP). (c) por otro lado, la

estudian grandes poblaciones asintomáticas y

Mpro, es una enzima encargada de regular la

enfermas, con la finalidad de: (1) rastrear

replicación viral y la transcripción [24]. (d) la

portadores asintomáticos del COVID-19 que

proteína Nsp12 (RdRp), es utilizada por los

son difíciles de identificar y aislar; (2) para

coronavirus

de

asegurar que el personal (por ejemplo, el

proteínas

personal de salud y trabajadores en general), no

estructurales que ayudan en el ensamblaje del

se contagie con el virus; (3) para evaluar las

virus en el interior de las células del huésped

poblaciones de alto riesgo con el propósito de

[25]. (e) la glicoproteína transmembranal o

proteger a las familias; (4) para estimar con

espícula (S), cuya función es unir el virus a la

precisión la propagación de la infección y medir

membrana celular del huésped al interactuar

la eficacia de las medidas comunitarias y el

con el receptor ACE2 humano e internalizarse

distanciamiento social; y por último (5) para

replicación

como y

una

maquinaria

transcripción

de

asegurar un regreso seguro al trabajo y 16 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

proporcionar un tratamiento rápido como una

temprana. Pero presenta ciertos desafíos

estrategia para evitar la sobresaturación de la

cuando surgen nuevos patógenos, debido a que

unidad de cuidados intensivos (UCI) en los

se requiere de la investigación genómica, la

hospitales [27, 28].

biología molecular y otras ciencias para crear la

Para respaldar dichos esfuerzos, se necesitan

información suficiente para identificar el virus

enfoques de diagnóstico eficientes y de mayor

[29].

rendimiento para identificar el SARS-CoV-2,

Actualmente, los investigadores se encuentran

como los diferentes métodos de PCR (la RT-

en la búsqueda de un protocolo fácil de aplicar,

qPCR

confiable y rápido. Debido a que la mayoría de

y

la

RT-LAMP),

inmunológicos

que

métodos

cuantifican

inmunoglobulinas, colorimétricos

los

los

los protocolos a lo largo de la historia han

biosensores

resultado ser efectivos y confiables, pero

los

también son costosos, requieren de mucho

como

los

tiempo y pasos para identificar patógenos. Por

amperométricos,

los

lo que, aplicarlos a grupos grandes de la

biosensores basados en ácidos nucleicos como

población ha llegado a ser insostenible,

los aptámeros y los polímeros impresos

limitando la cantidad de individuos que pueden

molecularmente o MIP (molecular impress

analizarse diariamente por disponibilidad y

polymer, por su siglas en inglés) que a

costos [30]. En la actual pandemia, se reportan

continuación se describen [27].

varios protocolos de RT-qPCR para identificar

biosensores

ópticos

las

fluorescentes,

electroquímicos

potenciométricos

y

el SARS-CoV-2, que en el transcurso han sido aprobados para su uso. Estos protocolos se han

Metodología de RT-qPCR para la detección

desarrollado a partir de muestras de saliva de

del SARS-CoV-2 en pacientes COVID-19

personas sospechosas de infección y pacientes Los enfoques basados en la detección de ácidos

enfermos de COVID-19 [30].

nucleicos se han convertido en un método Actualmente, para la obtención de muestra

rápido y una tecnología confiable, considerada

humana se utilizan: hisopos nasofaríngeos (NP)

como el "estándar de oro" en la detección de

(Nasopharyngeal, por sus siglas en inglés) y

patógenos como el SARS-CoV-2. La técnica se

medios de transporte viral (VTM) (Viral

caracteriza por ser: de rápida detección, de alta

Transport Medium por sus siglas en inglés).

sensibilidad, con alta especificidad y sirve de

Como siguiente paso, se extrae el ARN a partir

ayuda en el diagnóstico de una infección

de 17 Artículo de revisión

la

muestra

de

los

pacientes,

para

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

posteriormente realizar un análisis RT-qPCR

los

para

confiablemente al agente causante de la

la

búsqueda

de

los

componentes

principales

métodos

para

detectar

moleculares del SARS-CoV-2. Por otro lado,

enfermedad del COVID-19 [31, 32].

debido a la alta demanda de los insumos de las

Para realizar el diagnóstico se requiere la

pruebas de detección, estos han escaseado

identificación molecular del virus; esto se

varias veces observando la falta de los hisopos

realiza por medio de la cuantificación de la

NP, VTM y kits de purificación de ARN. Por

expresión de un gen de interés. Para poder

tal motivo en abril del 2020, EUA autorizó el

detectar la presencia del SARS-CoV-2, se

método del uso de saliva como muestra para el

utilizan fluoróforos para seguir la amplificación

diagnóstico del virus, para posteriormente

del material genético de interés durante la RT-

realizar la técnica de RT-qPCR. Asimismo,

qPCR, para este propósito, se usan sondas

otros grupos han informado sobre pruebas

específicas para un fragmento de la secuencia

directas a partir de hisopos NP en VTM por RT-

del SARS-CoV-2, es decir, que solo emiten

qPCR. Adicionalmente, se reporta el protocolo

fluorescencia cuando se ha amplificado un

de la Universidad de Illinois en Urbana-

fragmento de la secuencia del SARS-CoV-2. La

Champaign (UIUC), que involucra obtener

fluorescencia aumenta proporcionalmente al

muestras a partir de la saliva de pacientes

incremento de la concentración del fragmento

sospechosos o enfermos de COVID-19. La

de interés, expresada como el número de ciclos

muestra es recogida en tubos tipo falcón

de replicación (Ct). Por lo que la carga viral

estándar de 50 ml, posteriormente la muestra se

puede ser estimada por medio del método DCt

calienta para la inactivación del virus (95 °C

(Ct sample–Ct ref). La muestra para esta técnica

durante 30 min), seguido de la extracción del

puede ser obtenida a partir de un hisopo

ARN de la muestra y el análisis por RT-qPCR

nasofaríngeo de pacientes enfermos como se

[30].

describió previamente [33, 34].

Por lo anteriormente expuesto, la RT-qPCR es

La ventaja de la técnica RT-qPCR es que el

de gran utilidad para la detección del SARS-

ARN viral se vuelve detectable desde el primer

CoV-2, basada en la detección de los

día de presentar los síntomas, donde un valor de

componentes moleculares del virus, como por

Ct inferior a 40, se informa clínicamente como

ejemplo los genes de: la RdR, la helicasa (Hel),

PCR positivo. Esta positividad comienza a

la

N.

disminuir en la semana 3, y posteriormente se

Considerándose esta metodología como uno de

vuelve indetectable al observar que el paciente

proteína

S

y

la

nucleocápside

18 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

presenta mejoría. Sin embargo, se han

considerarse una herramienta principal para la

observado casos de pacientes hospitalizados

detección

con síntomas muy graves y niveles bajos de Ct,

pulmonares, y para agilizar el tratamiento por

incluso más bajos o iguales a pacientes de casos

complicaciones de la enfermedad del COVID-

leves, por lo que el valor de Ct puede detectar

19 [35, 36].

temprana

en

complicaciones

la carga viral, pero no la intensidad de los síntomas presentados por los pacientes. Cabe

Problemas de estabilidad de las pruebas de

señalar que la positividad de la prueba de PCR

RT‐qPCR en pacientes COVID‐19

puede persistir por más de 3 semanas. Sin Una de las principales utilidades de la RT‐

embargo, un resultado de PCR "positivo"

qPCR durante la actual pandemia es encontrar

refleja solo la detección de ARN viral y no

personas infectadas por el SARS‐CoV‐2 y así

necesariamente indica la presencia del virus

mantenerlas en aislamiento de las personas

activo. Pero es de gran utilidad para encontrar

sanas hasta recuperarse de la etapa infecciosa

personas enfermas y administrar un tratamiento

del COVID‐19. En particular, el aislamiento de

oportuno, por ello es muy valorada en el

los pacientes se puede revocar y pueden ser

ambiente hospitalario en la actual pandemia

dados de alta después de cumplir con dos

[33].

pruebas de RT-qPCR negativas que sean Por otro lado, 2 grupos de investigación

consecutivas y separadas por un tiempo de al

realizaron estudios de correlación de la

menos 24 h. Sin embargo, se han reportado

tomografía computarizada (TC) de tórax y RT-

discrepancias en los métodos de detección

qPCR para la detección de la enfermedad y

debido a que el 12 de febrero del 2020 se

daño pulmonar por COVID-19, cuya finalidad

informó que cinco pacientes infectados tenían

es realizar un diagnóstico oportuno a base de la

resultados iniciales de RT‐qPCR negativos o

búsqueda de indicios de enfermedad pulmonar

débilmente

en pacientes que contrajeron COVID-19 en un

positivos.

En

otro

caso

se

informaron los resultados de prueba de RT‐

periodo de tiempo de 4 o más días. Los

qPCR obtenidos a partir de una muestra de

hallazgos de estos grupos indicaron que la TC

frotis faríngeo de un paciente infectado,

de tórax tiene una alta sensibilidad para el

resultando positivo después de dos resultados

diagnóstico y detección de la enfermedad

negativos anteriores de la prueba de PCR,

pulmonar por COVID-19. Por lo que, la

demostrando que existe un posible proceso de

tomografía computarizada de tórax puede

reinfección. En otros estudios se ha informado 19

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

que existe una alta tasa de falsos negativos por

sobre las características clínicas y la respuesta

RT-qPCR,

pacientes

inmunitaria de los individuos asintomáticos

hospitalizados con diagnóstico clínico de

infectados por el SARS-CoV-2 [39]. Por lo que,

COVID-19 [37, 38].

se requiere generar información que describa

Motivo por el cual, se ha establecido que

las

además de la RT‐qPCR también deben

características clínicas, la carga viral y la

utilizarse

respuesta

obtenidos

indicadores

de

clínicos

como

las

características

epidemiológicas,

inmunitaria

en

las

individuos

imágenes de TC, no solo para el diagnóstico y

asintomáticos [39].

el tratamiento, sino también para el aislamiento,

Otros estudios han intentado explicar el por qué

la recuperación, el alta, y transferencia de

se ha presentado un número tan elevado de

pacientes

diagnóstico

contagios, resaltando la existencia de los

hallazgos

individuos asintomáticos en diversas regiones

sugirieron la necesidad urgente de ser más

del mundo. La finalidad de estos estudios es

cuidadosos en la capacitación del personal

generar datos que puedan ser comparados con

relacionado con la estandarización de los

los obtenidos de diferentes países a partir de un

procedimientos de muestreo de los diferentes

grupo de pacientes experimentales. También, se

sitios anatómicos, el transporte de muestras, la

ha encontrado que existen ciertas características

optimización de la técnica RT‐qPCR y el

en pacientes diagnosticados con una infección

diferenciar

otras

del SARS-CoV-2 que ha sido confirmada por

las

RT-qPCR, observando que no presentan

clínico

hospitalizados de

enfermedades

con

COVID-19.

el

Estos

COVID-19 respiratorias

de como

infecciones por gripe [37].

síntomas clínicos relevantes en los 14 días anteriores y durante la hospitalización. Por lo que las personas asintomáticas han sido

Detección de los componentes moleculares del

SARS-CoV-2

por

RT-qPCR

ingresadas a los hospitales de distintas regiones

en

del mundo con la intensión de aislarlos bajo una

individuos asintomáticos infectados

política Cada vez hay más pruebas que demuestran que

investigación

los individuos asintomáticos pueden propagar de

manera

eficiente

el

de

evitar a

la

contagios par

para

y

realizar encontrar

características que ayuden a conocer más de

SARS-CoV-2,

esta enfermedad [39].

dificultando el control de la epidemia. Sin embargo, no se dispone de mucha información

20 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

Importancia de la RT-qPCR en el monitoreo

infección del individuo por SARS-CoV-2 por

de casos de pacientes reinfectados por

medio de RT-qPCR (mediante la detección del

SARS-CoV-2

gen RdRP, alcanzando un umbral de detección

Después de varios meses de pandemia el

de Ct inferior a 40, indicando un resultado

número

ha

positivo de RT-qPCR). También, se reportaron

aumentado, y esto ha conducido a investigar

los estudios de TC y los estudios sanguíneos

sobre la inmunidad adquirida frente a la

encontrando que fueron positivos a la presencia

enfermedad del

del virus. El paciente fue monitoreado del 25 de

de

pacientes

recuperados

COVID-19, planteándose de

enero al 10 de febrero, se le aplicaron

reinfección, ambos sucesos son considerados

tratamientos antivirales como lopinavir y

fundamentales para anticipar la propagación

ritonavir, y se continuó con el monitoreo del

viral [40]. También, se han reportado informes

gen RdRP, confirmando la utilidad de la técnica

de pacientes reinfectados con SARS-CoV-2,

RT-qPCR en un ambiente hospitalario para

que después de haberse recuperado dieron

describir el historial de la enfermedad por

nuevamente positivo a las pruebas de muestras

reinfección [43].

de RT-qPCR a partir de muestras obtenidas de

Finalmente, hay que destacar que el paciente

NP [41].

superó la prueba de RT-qPCR como la mayoría

El 28 de agosto del 2020 se reportaron en 9

de los pacientes que son negativos a la prueba

países un total de 24 casos de pacientes

en un promedio de 2.73 días de estancia

reinfectados,

recuperados

hospitalaria. Pero, se ha observado que los

nuevamente y una muerte por COVID-19. Los

pacientes pueden volver a recaer, por lo que se

rangos de tiempo entre la recuperación y la

ha sugerido que se garantice la recuperación

segunda infección variaron entre 13 y 147 días

completa del paciente y así pueda salir de la

[42].

cuarentena [38].

también

la

posibilidad

23

del

pacientes

proceso

Por otro lado, también se reportó el caso de un paciente que presentó síntomas de infección por

Detección por RT-qPCR de la transmisión

COVID-19, el cual se caracterizó porque

vertical del SARS-CoV-2

provocó un caso de transmisión secundaria y

Hay pocos casos reportados en la literatura que

tres casos de transmisión terciaria. El historial

aborden estudios de mujeres embarazadas que

del paciente fue documentado, encontrando que

están infectadas con el SARS-CoV-2. En la

entro a la UCI, debido a que se confirmó la 21 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

mayoría de los casos se ha observado casos de

el recién nacido infectado [44]. Posteriormente,

infección en el útero y de pruebas que han

se reportó otro estudio de RT-qPCR en 6

comprobado infección neonatal temprana que

mujeres

ha resultado positiva a la presencia del SARS-

transmitieron el SARS-CoV-2 a los recién

CoV-2 [44]. Como ejemplo se tiene el reporte

nacidos,

de una mujer de 41 años con antecedentes de

transmisión vertical del virus. Los resultados

cesáreas previas y diabetes mellitus que

obtenidos también demostraron que la RT-

presentó malestar general, fiebre y disnea

qPCR es una herramienta eficaz para detectar el

progresiva. Por lo que a los 4 días de presentar

SARS-CoV-2 en mujeres embarazadas y recién

el malestar se realizó un frotis nasofaríngeo que

nacidos [29, 45]. Sugiriendo que las mujeres

resultó positivo para el SARS-CoV-2 y también

embarazadas sean consideradas como un grupo

se realizaron las pruebas serológicas, pero en

de alto riesgo, y de preocupación por la

esa etapa de monitoreo fueron negativas.

transmisión vertical observada a los recién

Posteriormente, se reportó que la paciente

nacidos [44].

embarazadas

concluyendo

que

la

también

posibilidad

de

inició con los síntomas de la enfermedad, desarrollando insuficiencia respiratoria por lo que

necesitó

de

ventilación

RT- LAMP: una prueba colorimétrica para

mecánica.

detectar

Posteriormente, la paciente fue sometida a

el

SARS-CoV-2

en

pacientes

enfermos de COVID-19

cesárea y se implementó el aislamiento neonatal inmediatamente

después

de

dar

a

La amplificación isotérmica mediada por bucle

luz.

(LAMP)

Subsiguientemente, 16 horas después del parto

(Loop-mediated

isothermal

amplification, por sus siglas en inglés). Es una

se realizó la toma de muestra por hisopado

técnica que surgió como alternativa de la RT-

nasofaríngeo neonatal, dando un resultado

qPCR, por la necesidad de evaluar métodos

positivo a la prueba de RT-qPCR para el SARS-

sencillos, rápidos, baratos y probados en una

CoV-2, de la misma manera, se realizaron

gran cantidad de personas, con la finalidad de

pruebas de inmunoglobulina (IgM e IgG) que

detectar posibles infecciones por el SARS-

fueron negativas. A la par se monitoreo a la

CoV-2 [46].

madre, 4 días después del parto, observando que tanto la IgM e IgG maternas fueron

La técnica consiste en obtener muestras clínicas

positivas (día 9 después del inicio de los

de ARN aisladas de hisopos faríngeos

síntomas) encontrando a la paciente enferma y

recolectados a partir de individuos y grupos de

22 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

alto riesgo. Una variación del método es

equivalente a la metodología de RT-qPCR, con

secuenciar la muestra posterior a la reacción de

la finalidad de detectar enfermedades de

amplificación RT-LAMP, esta variante ha sido

manera temprana y prevenir la propagación [48,

probada a gran escala [46].

52, 53]. La figura 2 muestra la comparación de

La técnica RT-LAMP consiste en una reacción

la metodología RT-qPCR y RT-LAMP. Donde

en cadena de la polimerasa a temperatura

se observa la toma de la muestra de un paciente

constante (63ºC) por medio de cebadores

enfermo por COVID-19 (Figura 2A). También,

específicos para los genes: orf1ab, N y S del

en la figura 2B se muestran los diferentes

SARS-CoV-2 [46- 48].

tratamientos

de

las

muestras

de

saliva

provenientes de pacientes para posteriormente

Los reportes de detección del SARS-CoV-2 de

buscar los componentes moleculares del SARS-

RT-LAMP concluyen que el ensayo puede

CoV-2 por RT-PCR (Figura 2C). Mientras que,

detectar copias de ARN genómico en un rango

en la figura 2D, se describe el diseño de los

de 10-4-10-5, en un corto período de tiempo (20-

cebadores utilizados para identificar los genes

25 min), de 80-100 copias de ARN viral por mL

del virus por RT-LAMP leyendo los tubos al

de muestra y no se ha observado reactividad

generar una coloración de la muestra positiva

cruzada con otros coronavirus humanos [49-

que identifica el virus. También, se observa la

51].

forma de leer los tubos a partir de muestras Se ha encontrado que los ensayos de RT-LAMP

amplificadas por metodología RT-LAMP y en

tienen una sensibilidad y especificidad del

la figura 2E se muestra la comparación de

100%, en cuanto a la detección del SARS-CoV-

ambos métodos; la RT-qPCR, la cual se lee en

2 en un tiempo medio de 26.28±4.48 min, en un

un gel de agarosa y la RT-LAMP que por

periodo de tiempo más corto que el método de

motivos de rapidez se leen en tubos mediante

PCR. Los resultados se pueden leer a simple

inspección visual. Lo anterior es de utilidad

vista, debido a que es una prueba colorimétrica

debido a que la RT-LAMP destaca porque es

que muestra el resultado de la amplificación del

una prueba más rápida que la RT-qPCR y ayuda

ARN viral sin la necesidad de un instrumento

a comprender porque la RT-LAMP es una

costoso o especializado [47, 51]. El método

propuesta alternativa a la detección del virus

puede ser aplicado en un entorno clínico como los

hospitales

y

centros

médicos

[54-56].

en

comunidades rurales, es considerada una prueba confiable que funciona de manera 23 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

Figura 2. La comparación de las metodologías RT-qPCR y RT-LAMP. Figura basada en [54-56].

Métodos de detección serológica del SARS-

En el inicio de la pandemia surgieron muchos

CoV-2 en pacientes enfermos de COVID-19

ensayos serológicos, pero la FDA no regulo los permisos para utilizarlos, lo que resultó en una

La reciente aparición del SARS-CoV-2 ha dado

rápida expansión de las pruebas para detectar el

lugar a una rápida proliferación de ensayos

virus en un ambiente clínico. Por lo que la

serológicos, que son herramientas cruciales

Sociedad de Enfermedades Infecciosas de

para evaluar la exposición, la infección y la

América (IDSA) sugirió que la serología puede

interacción de las proteínas humanas con los

ser

componentes estructurales del SARS-CoV-2. Y

útil

en:

(1)

pacientes

sospechosos

posiblemente infectados con el SARS-CoV-2,

para encontrar la posible respuesta inmune

(2) en la selección de donantes de plasma

humana a los componentes moleculares virus

convaleciente, (3) en la evaluación de la

(incluidos los estudios de seroprevalencia y la

respuesta a vacunas, y (4) en estudios

determinación del estado inmunológico) [57].

epidemiológicos [57]. Por otro lado, se ha

Su uso e interpretación adecuados requieren de

reportado que varias pruebas de este tipo, tienen

datos precisos sobre el rendimiento de los

desventajas porque son deficientes ya que

ensayos serológicos [57, 58]. 24

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

requieren un buen tamaño de muestra, además

Nacional de Salud de la República Popular de

de que se dificulta determinar la asociación

China

entre la respuesta de los anticuerpos y el

diagnóstico serológico fueron transmitidos por

historial clínico de una persona enferma de

la OMS para los demás países [45, 60].

COVID-19. Por lo anteriormente expuesto se

Por lo tanto, el monitoreo de la concentración

recomienda realizar estudios con poblaciones

de

más grandes [39, 57]. También, se requiere

considerado por la FDA y la OMS como una

incluir estudios sobre evaluaciones que cubran

herramienta complementaria válida para la

el espectro completo de infecciones por el

detección del SARS-CoV-2. Esta técnica ha

SARS-CoV-2,

infecciones

sido empleada como método de serodiagnóstico

leves,

los

de la neumonía por el COVID-19. Se conoce

grave

y

que no es la más empleada debido a que en

convalecientes. Por lo que, es necesario crear

ocasiones puede dar reacciones cruzadas, y

estudios bien diseñados, para dilucidar los

también falsos positivos, pero es de gran

mecanismos que se correlacionan con la

utilidad en el ambiente hospitalario [33, 37, 61].

inmunidad protectora, siendo cruciales para

Además,

orientar las políticas de salud pública y clínica

especialmente utilizado en pacientes con

[59].

enfermedad leve a moderada y es ampliamente

Se tienen estudios de pruebas de detección de

utilizado para diagnosticar la enfermedad del

anticuerpos por medio de la cuantificación de

COVID-19 después de las primeras 2 semanas

las inmunoglobulinas IgG e IgM humanas en

de la infección por el virus. Otra utilidad del

respuesta a los componentes estructurales del

método serológico es que ha ayudado a

SARS-CoV-2, que estuvieron disponibles a

comprender el alcance del COVID-19 en las

partir de febrero del 2020. Para el 4 de marzo

distintas regiones del mundo, con la intensión

del 2020, se publicó la séptima edición del

de identificar a las personas inmunes y

Protocolo

de

potencialmente “protegidas” contra la infección

Neumonía para establecer que el nuevo

del SARS-CoV-2. Sin embargo, no es un

coronavirus era el responsable de la enfermedad

método de detección temprana, por lo que los

de COVID-19 gracias a los estudios serológicos

resultados en algunos casos fueron obtenidos en

combinados con las metodologías de detección

un rango de 11-13 días, observando un máximo

como la RT-qPCR. También, la Comisión

porcentaje de respuesta de la IgG e IgM después

asintomáticas, pacientes

como: las

con

de

las

infecciones enfermedad

Prevención

y

Control

25 Artículo de revisión

estableció

que

inmunoglobulinas

el

los

IgM

diagnóstico

criterios

e

IgG

serológico

de

fue

es

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

de presentar los síntomas del COVID-19. El

significativas de los anticuerpos a la proteína no

método ha sido probado en edades de 48-68

estructural ORF9, que puede participar en la

años en ambos géneros; produciéndose niveles

replicación viral, actuando como una proteína

más altos de inmunoglobulinas en la segunda y

de unión al ARN, además se observó que la

tercera semana de presentar los síntomas de la

proteína NSP5 es responsable de las escisiones

enfermedad [39].

ubicadas en el extremo N de la poliproteína

También, se ha demostrado que durante un

replicasa

monitoreo de 19 días posterior al inicio de los

interactuaba

síntomas de la enfermedad del COVID-19, los

Finalmente, se observó en los mismos

pacientes dan positivo a la prueba de la IgG.

pacientes, que había una correlación positiva

Igualmente, se observó que hubo un cambio

con la edad y el nivel del lactato deshidrogenasa

simultaneo y secuencial en la seroconversión de

(LDH), y se correlaciona negativamente con el

IgG e IgM, observando que la concentración de

porcentaje de linfocitos en respuesta al virus

ambas inmunoglobulinas se estabilizó 6 días

[58].

posteriores de administrar antivirales. Por lo

Otros estudios han permitido determinar si las

que las pruebas serológicas pueden ser útiles

personas

para el diagnóstico de pacientes sospechosos

desarrollarán inmunidad a largo plazo, una vez

con resultados negativos de RT-qPCR y para la

que se han repuesto a la infección. Motivo por

identificación de infecciones asintomáticas

el cual se ha explorado la idea de monitorear el

[39].

anticuerpo IgG contra el SARS-CoV-2 en

Por otro lado, se ha reportado el perfil de

algunos

respuesta específica de las proteínas del SARS-

Encontrando que, después de la infección por el

CoV-2 al interactuar con las IgG e IgM

virus, es poco probable que las personas

humana. Observando que 18 a 28 proteínas

produzcan anticuerpos protectores duraderos

predichas del virus interactúan con las

contra este virus. Lo cual fue comprobado en un

inmunoglobulinas a partir de muestras de suero

ambiente hospitalario al observar la prevalencia

obtenidas

convalecientes.

de los anticuerpos IgM en presencia del virus en

Encontrando que, todos estos pacientes tenían

pacientes COVID-19 y se observó que la IgG

la característica principal que sus anticuerpos se

aumentaba significativamente con la edad de

unían específicamente a la proteína N y S1.

las personas [62].

Además,

Actualmente, existe una gran variedad de

de

se

pacientes

identificaron

respuestas

de 26

Artículo de revisión

(3CL-PRO), con

las

infectadas

grupos

y

de

que

también

inmunoglobulinas.

con

SARS-CoV-2

personas

infectadas.

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

pruebas

para

componentes

Si bien existe una gran variedad de pruebas de

moleculares del SARS-CoV-2, por medio de

anticuerpos disponibles en el mercado, hay

hisopos a partir de pruebas de las mucosas.

mucha confusión con respecto a la eficacia de

Hasta

pruebas

tales pruebas dado el alto porcentaje de la

diagnósticas para el COVID-19, que se basan

población asintomática y el hecho de que los

principalmente en pruebas moleculares y

anticuerpos que son detectables en general se

anticuerpos. Varios grupos de investigación y

desarrollan posteriormente de la enfermedad.

empresas están tratando de desarrollar pruebas

Por lo tanto, las propuestas de enfoques de

de anticuerpos que incluyen inmunoensayos de

diagnóstico serológico deberán describir su

flujo lateral como la prueba rápida de

novedad en términos de proceso, sensibilidad,

BioMedomics, y el casete de prueba rápida de

especificidad y escalabilidad [63].

ahora,

detectar

se

los

informan

11

Surescreen, el inmunoensayo de fluorescencia de resolución temporal como el kit de

Uso de biosensores para detectar los

diagnóstico de Goldsite, el inmunoensayo de

componentes moleculares del SARS-CoV-2

oro coloidal, de los cuales los más utilizados

Un biosensor es definido por la IUPAC como

son el kit Assay Genie POC y VivaDiag

un dispositivo con la habilidad de proveer

COVID-19 que son pruebas de IgG-IgM y

información analítica cuantificable, mediante el

finalmente se reportaron las pruebas ELISA.

uso de elementos de reconocimiento biológico

Otros autores reportaron el uso de 2 diferentes

acoplado a un sistema transductor [64]. Otra

ensayos serológicos como de Abbott y

definición, señala a los biosensores como una

EUROIMMUN (EI), ambos probados en 48

herramienta

pacientes confirmados positivos a la infección

combinación de un elemento biológico (que

por SARS-CoV-2. Los kits tienen la finalidad

crea un evento de reconocimiento), y un

de dar a conocer sobre la sintomatología

elemento físico (que transduce el evento de

relacionada con las pruebas serológicas,

reconocimiento en una señal cuantificable). Es

obteniendo que ambos ensayos detectan los

así

componentes moleculares del virus. Pero son

biomolécula o analito), es detectado por

poco sensibles durante los primeros 14 días de

especificidad, y el transductor convierte el

la sintomatología, por lo que se sugiere no

evento de reconocimiento en una señal medible

utilizar los kits de ensayo serológico destacando

[65]. Por lo que esta técnica es ampliamente

que poseen problemas de detección [57].

utilizada 27

Artículo de revisión

como

analítica

el

para

que

elemento

detectar

incorpora

biológico

los

la

(una

componentes

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

moleculares

del

mediante

además ayuda en la búsqueda de inhibidores del

métodos sencillos, de bajo costo, sensibles y

virus. Por lo anterior, se ha propuesto su uso en

escalables [63].

un ambiente hospitalario para la detección del

Por otro lado, los biosensores tienen inmensas

SARS-CoV-2 como un método de rutina [71].

perspectivas en el desarrollo de diagnósticos

Algunos ejemplos de biosensores relacionados

fiables y asequibles, especialmente en países en

con la detección e identificación de los

desarrollo y recursos limitados [66]. En cuanto

inhibidores del SARS-CoV-2 se describen a

a

continuación: (i) El biosensor de plasmón de

legislación

SARS-CoV-2

la

OMS

validó

muchos

biosensores y ensayos comerciales para la

superficie

detección del SARS-CoV-2 a partir de muestras

fluorescencia, cuyo mecanismo se basa en

de pacientes sospechosos y enfermos de

combinar un inmunoensayo tipo sándwich, con

COVID-19 [63].

la técnica PSL con la finalidad de detectar la

En el momento actual de la pandemia los

proteína N del SARS-CoV-2. Las ventajas del

biosensores han resultado de utilidad porque

biosensor son: que es fácil de operar, es

puede detectar la presencia del SARS-CoV-2.

sensible, cuantitativo y se puede utilizar para el

Pueden hacerlo mediante una sinergia con las

diagnóstico precoz de enfermedades clínicas

herramientas moleculares y la detección de

[72]. (ii) El biosensor basado en luciferasa, se

señales por medio de sensores como: los

basa en la detección de las proteínas papaina-

biosensores

ópticos

like y la proteasa 3C-Like del SARS-CoV-2 y

electroquímicos

su identificación se hace por medio de un

(potenciométricos y amperométricos), y los

fluorómetro [73]. (iii) El biosensor de plasmón

biosensores basados en aptámeros [67-70].

con doble función es capaz de detectar los

En general, los biosensores son dispositivos

compuestos del coronavirus basándose en una

fáciles de emplear, sensibles, que ahorran

hibridación de cDNA-RNA que es detectada

costos y pueden proporcionar una alta precisión

por resonancia de plasmones. Las secuencias

en la detección de virus. El uso de los

virales que detecta este biosensor son: la

biosensores es una tecnología y herramienta

proteína de M, la proteína N y la proteína S.

efectiva en la investigación del SARS-CoV-2.

Cabe agregar que las ventajas de este biosensor

Es una tecnología eficiente para el diagnóstico

son: que es sensible, rápido, útil para el

de COVID-19, detectando los elementos

diagnóstico de la detección del SARS-CoV-2,

estructurales del virus en personas enfermas; y

censa en tiempo real y ayuda a mejorar la

(fluorescentes),

colorimétricos los

28 Artículo de revisión

localizado

(PSL)

acoplado

a

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

precisión de un diagnóstico en el ambiente

muestras del paciente, (2) una almohadilla que

hospitalario [74, 75]. (iv) El biosensor basado

contiene antígeno contra el SARS-CoV-2

en transistores de efecto de campo (FET), cuyo

conjugado con nanopartículas de oro, formando

principio se basa en recubrir láminas de grafeno

un complejo de oro-SARS-CoV-2, y también

del FET, con un anticuerpo específico contra

contiene complejo IgG de conejo-oro (control),

alguna proteína del SARS CoV-2, como

(3) una membrana de nitrocelulosa que consta

ejemplo: la proteína S, la cual puede ser

de una línea de control recubierta con anti-IgG

detectada por el biosensor. Las ventajas del

de conejo, (4) una línea de prueba recubierta

biosensor son: que es un método de diagnóstico

con IgG anti-humana, (5) una línea de prueba

inmunológico altamente sensible para el SARS-

recubierta con IgM anti-humana y (4) una

CoV-2, que no requiere pretratamiento de la

almohadilla que absorbe los desechos. El

muestra,

es

mecanismo del biosensor se basa en registrar la

ultrasensible, de bajo costo y con capacidad de

presencia de IgM o IgG obtenida a partir de las

miniaturización [70]. (v) El biosensor basado

muestras de los pacientes, observado que los

en RT-PCR combinada con 3 sensores de

anticuerpos reaccionan con el antígeno oro-

nanopartículas, el cual es capaz de ensamblarse

SARS-CoV-2 para formar un complejo, que se

al dominio de unión de la proteína S del SARS-

mueve a través de la membrana de nitrocelulosa

CoV-2, por medio de anticuerpos [76]. (vi) Los

e interactúa con el anti-IgM o IgG en sus

biosensores basados en papel han atraído la

respectivas líneas de prueba. Por otro lado, el

atención por: su rentabilidad, facilidad de

complejo IgG de conejo reacciona con la IgG

fabricación, biodegradabilidad, funcionalidad y

anti-conejo que se encuentra en la línea de

fácil modificación. Con estas características,

control para producir un color rojo visible como

pueden realizar pruebas rápidas de diagnóstico

resultado. También, los resultados de la IgM

en lugares lejanos. Las tiras de papel de flujo

positiva y una IgG negativa se pueden observar

lateral,

utilizado

en ambas líneas e indican una infección

ampliamente para la detección de pacientes

primaria o aguda. Mientras que, una IgG

sospechosos y enfermos por COVID-19. Están

positiva con una IgM negativa muestra una

diseñados para detectar IgG e IgM en muestras

etapa secundaria o posterior de la infección

de sangre, suero y plasma del paciente. Cada

[67]. (vii) El biosensor de Zhu y cols., es

tira reactiva generalmente consta de: (1) una

utilizado para la detección de los compuestos

almohadilla de muestra para agregar las

moleculares del SARS-CoV-2. Para realizar la

detecta

en

en

particular,

tiempo

se

han

real,

29 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

detección primero se realiza la extracción de

del aire con el SARS-CoV-2, como un prototipo

ARN a partir de muestras de personas

de respuesta a los riesgos para la salud tras el

sospechosas de estar infectadas. Posteriormente

brote de la epidemia [79]. (ix) Otros autores,

de realizar una RT-LAMP, la muestra se pasa a

reportan un sistema sensor basado en LoT

un chip de detección, en el cual se encuentran

(Internet of Things, por sus siglas en inglés),

anticuerpos adheridos a una superficie que

que se lleva en la mano y sirve para detectar y

ayudan a detectar los componentes moleculares

diagnosticar personas infectadas por medio de

del SARS-CoV-2. La presencia positiva de

un dispositivo que lleva un sensor de

estos es revelada por medio de un colorante

temperatura, frecuencia cardiaca (diseñados en

indicador rojo carmesí, que se encuentra

una placa Arduino) y posicionamiento GPS

cubierto

que

para registrar y recuperar datos. Con el objetivo

interacciona con los componentes del virus: en

de enviar predicciones a los familiares y al

este caso particular, la proteína M, la proteína

Sistema Nacional de Salud (SNS), para apoyar

N y la proteína S. Esta técnica se caracteriza

en el reporte de casos y los enfermos y

porque es sensible, se realiza en un solo paso,

familiares sean contactados lo antes posible

los resultados del diagnóstico son fáciles de

para realizar la prueba de detección del virus. El

interpretar y de bajo costo [77]. (vii) Además,

sistema ha sido probado en 300 personas

se ha desarrollado un biosensor electroquímico

sugiriendo utilizar Lot como estrategia para

que detecta el ARN/cADN viral. Es un método

evitar la propagación del virus. Este tipo de

propuesto para el diagnóstico de COVID-19,

biosensores está clasificado como de punto de

que utiliza un microcontrolador “Arduino

atención o POC [80]. (x) Otro reporte indica la

UNO”, en su sistema de detección o sensor que

creación del sistema biosensor que tiene la

recupera los datos amperimétricos. El biosensor

finalidad de detectar citocinas en la sangre, para

permite el uso de tabletas y teléfonos

cuantificar y comprender el proceso de la

inteligentes para comunicarse por medio de

tormenta de citocinas [28]. (xi) En este orden de

WiFi y una pantalla led compatible con

ideas se puede citar un biosensor el cual se ha

Arduino para visualizar datos, lo anterior para

diseñado modificando la membrana celular de

facilitar del diagnóstico portátil y el desarrollo

mamíferos, con un anticuerpo a base de la

de

(viii)

proteína S1 del SARS-CoV-2, un biosensor

Asimismo, se han desarrollado herramientas

conocido como “un anticuerpo quimérico

biosensoras para demostrar la contaminación

humano”. El biosensor se caracteriza porque es

por

sensores

unas

nanopartículas

miniaturizados

[78].

30 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

selectivo, ultrarrápido (3 min) y con un límite

biosensor de diagnóstico fácil de ejecutar y de

de detección de 1 fg/m, no se han observado

bajo costo [82]. Así mismo, se ha encontrado

reacciones cruzadas contra la proteína N del

que el uso de nanoestructuras avanzadas

SARS-CoV-2.

se

diseñadas a partir de materiales orgánicos

configuró en una plataforma lista para usar,

puede mejorar la sensibilidad y la especificidad.

incluye un dispositivo de lectura portátil

En resumen, hay que destacar que existen

operado por medio de un teléfono inteligente o

muchos

tableta. De esta manera, el biosensor se puede

componentes moleculares del SARS-CoV-2,

utilizar en el ambiente hospitalario para hacer

que son efectivos y se basan en varias

cribados de antígenos de superficie que

plataformas y tecnologías. A continuación, en

detectan algunos componentes moleculares del

la figura 3 se muestra la metodología de los

SARS-CoV-2 sin procesamiento previo de las

biosensores más usados para la detección del

muestras, ofreciendo una posible solución al

SARS-CoV-2 a partir de muestras de personas

monitoreo oportuno y eventual para el control

enfermas de COVID-19 (Figura 3A) [67, 72,

de la pandemia actual [81]. (xii). Por otro lado,

83, 84].

se ha propuesto la detección del SARS-CoV-2

También, se incluyen los biosensores POC,

por medio de una tecnología de vanguardia que

como el biosensor basado en chip (Figura 3B),

utiliza el enfoque de la biología sintética in vitro

en papel (Figura 3C), en película (Figura 3D),

mediante

riborreguladores

en fibra (Figura 3E), en grafeno (Figura 3F), en

sintéticos de novo. Con la finalidad de detectar

fósforo negro (Figura 3G) y finalmente, la

la presencia de genes relacionados con el

forma de recolectar datos mediante un celular o

SARS-CoV-2, desencadenando la traducción

tablet

de ARNm de la proteína verde fluorescente

estadísticos e informar directamente sobre un

(sfGFP), lo que da como resultado la salida de

caso de enfermedad COVID-19 [67, 72, 83,

fluorescencia verde para detectar visualmente

84].

el

Además,

diseño

de

el

biosensor

el virus y cuantificar la señal. Siendo un

31 Artículo de revisión

métodos

(Figura

de

3H)

detección

para

de

obtener

los

datos

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

Figura 3. Los diferentes biosensores del tipo POC utilizados en la detección de los componentes moleculares del SARS-CoV-2 y el diagnóstico médico del COVID-19. Imagen basada en [67, 72, 83, 84].

Biosensores basados en aptámeros para la

diagnóstico de algunos virus [69].

detección de los componentes moleculares

Además, los aptámeros se han propuesto para la

del SARS-CoV-2

identificación de virus con alta afinidad

Los aptámeros se acuñaron en 1990 a partir de

mediante un sistema aptasensor. Así mismo, se

la palabra 'aptus' (una palabra latina que

ha encontrado que el uso de nanoestructuras

significa "encajar”). En general los aptámeros

avanzadas diseñadas a partir de materiales

se pueden diseñar específicamente mediante la

orgánicos, pueden mejorar la sensibilidad y la

activación o la modificación de una superficie

especificidad para diagnosticar algunos virus.

mediante tratamiento químico para inducir

Esperando reducir los efectos de los factores de

enlaces

interferencia en los aptá-sensores para detectar

y

sitios

de

acoplamiento

a

biomoléculas. Las principales características de

virus en general [63].

los aptámeros son la alta reproducibilidad, la

Los aptámeros son conocidos como sondas

pureza,

condiciones

biológicas multipotentes, aunque por definición

ambientales adversas, la gran capacidad de

son secuencias de ácidos nucleicos como (DNA

unión con biomoléculas, y son poderosas

y RNA) e incluso péptidos que son dirigidos a

herramientas moleculares para la detección y el

los compuestos moleculares del SARS-CoV-2.

la

estabilidad

en

32 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

Como ejemplo, la proteína N que es una

pacientes sospechosos y enfermos de COVID-

biomolécula estructural abundante en el virus.

19 por medio de los aptámeros [69].

El aptámero detecta el virus por medio de un marcador de diagnóstico, con precisión y alta

Detección de los componentes moleculares

sensibilidad en pacientes sospechosos

del SARS-CoV-2 por medio de polímeros

y

enfermos de COVID-19 [69, 76 ,85].

moleculares impresos (PIM)

Una de las características generales de los

En vista de las circunstancias imperantes en

aptámeros es que deben poseer una afinidad a

todo el mundo por la pandemia actual, es

la biomolécula blanco por debajo de los 5 nM

evidente que existe una gran demanda de un kit

[76]. También, han demostrado que los

de prueba para detectar los componentes

aptámeros son candidatos bivalentes para el

moleculares del SARS-CoV-2. Estos métodos

diagnóstico y el descubrimiento de algunas

deben poseer una alta selectividad, sensibilidad,

terapias antivirales [76, 85]. Además, destacan

ser relativamente económicos, robustos, fácil

porque

moleculares

de usar y reproducibles. Resultando en

poderosas para la detección del SARS-CoV-2 y

tratamientos tempranos de los pacientes

el diagnóstico del COVID-19[76].

infectados [63, 86]. Si bien, se han desarrollado

La técnica de detección del virus por medio de

una gran variedad de bioensayos y biosensores,

aptámeros, consiste en utilizar algunos pares de

todavía se requieren biosensores de bajo costo,

aptámeros que pueden unirse a la proteína N del

desechables o reutilizables que puedan detectar

SARS-CoV-2. Lo que sugiere una interacción

rápidamente y con precisión los componentes

tipo sándwich, que mediante la técnica ELISA

moleculares del virus. Por lo que, el uso de la

y tiras inmunocromatográficas de oro coloidal,

tecnología PIM es una alternativa como

se puede detectar la concentración de la

elemento de biorreconocimiento [63, 86].

proteína N en picomoles (pM) [76].

Por definición los PIM, son receptores

son

Finalmente,

herramientas

aptámeros

sintéticos que tienen sitios de reconocimiento a

han

sido

los componentes moleculares del SARS-CoV-

diseñados para la detección del SARS-CoV-2,

2; siendo complementario a la forma y

los cuales se encuentran en etapa de desarrollo,

orientación

pero se sabe que brinda resultados en menos de

perteneciente al virus para la cual fue diseñada

1 min, lo cual es un gran avance en la detección

[63, 86].

de los compuestos moleculares del virus en

Por lo que, la impresión de biomoléculas

denominados

se

reportan

los

“Pinpoint”,

que

33 Artículo de revisión

de

la

una

molécula

diana

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

incluidos los péptidos, las proteínas, los virus

biomateriales poliméricos, basándose en la

completos o partes de ellos implica grandes

tecnología PIM. Donde la síntesis del PIM

desafíos [87].

implica la polimerización de monómeros

En general los PIM deben pasar ciertas pruebas

funcionales alrededor de la plantilla elegida,

de calidad como: (i) la caracterización en

que luego se extrae, lo que da como resultado

términos de tamaño y distribución de las

una red polimérica porosa caracterizada por la

partículas mediante dispersión dinámica de luz

presencia de cavidades de unión que se ajustan

(DLS) y (ii) el efecto de impresión y la

al tamaño, la forma y las funcionalidades de los

selectividad de las moléculas. Esta última

compuestos moleculares de un virus. Además,

prueba consiste en realizar experimentos de

como son materiales sintéticos, los PIM son

unión utilizando los dominios de unión a los

fisicoquímicamente estables en una amplia

componentes del virus mediante ensayos in

gama de condiciones, son de bajo costo,

silico e in vitro. Y en el caso de los anticuerpos

reproducibles y de fácil preparación. Dadas

basados en PIM se hace una última prueba de

estas

hemocompatibilidad [87].

recomendarse como una alternativa válida a los

Una de las ventajas clave de los PIM son la alta

anticuerpos convencionales que han sido

selectividad, la estabilidad a largo plazo y la

propuestos para detectar los componentes

rentabilidad. Los PIM se usan a menudo para la

moleculares del SARS-CoV-2 [87].

detección selectiva de virus, son sensibles y

Otra función de los PIM es que a futuro podrían

distinguen entre los subtipos del coronavirus

utilizarse como agentes terapéuticos en el

[63].

tratamiento de del COVID-19 [87].

El mecanismo de detección de los PIM consiste

Por otro lado, se reporta el sensor monoclonal

en diseñar y sintetizar un polímero, que es afín

basado en PIM reportado por Puoci y cols.,

a alguna biomolécula del SARS-CoV-2, y

cuyo principio de la detección consiste en que

utilizar un electrodo cubierto con una capa del

los anticuerpos son capaces de unirse de manera

polímero formando una cavidad para que la

selectiva a una porción de la proteína S del

biomolécula del SARS-CoV-2 se acople y sea

SARS-CoV-2 para bloquear su función y, por

detectada por el biosensor [63]

lo tanto, el proceso de infección [87].

También, se ha desarrollado una técnica

También, el biosensor propuesto por Wang y

complementaria

anticuerpos

cols., se caracteriza porque está basado en

partir

polímeros de nanopartículas que tienen buena

monoclonales

basada fabricados

en a

de 34

Artículo de revisión

características,

los

PIM

pueden

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

estabilidad química; las nanopartículas son

metodología reconocida como el estándar de

fotoestables y poseen propiedades ópticas

oro para el diagnóstico molecular del SARS-

controlables. Finalmente, las nanopartículas

CoV-2. Además, la RT-LAMP es una técnica

fluorescentes se han utilizado ampliamente en

colorimétrica rápida y alternativa que es

el diseño de los PIM, como sondas destinadas

comparable con la RT-qPCR, en la cual puede

para diversas aplicaciones. Entre ellas, el

leerse el resultado en forma más rápida

diagnóstico molecular de patógenos como virus

demostrando su eficacia en la detección del

que ha sido adoptado en análisis médicos y

virus. Por otro lado, los biosensores son otras

biológicos,

propuestas para encontrar una forma eficaz de

en

ambiente

hospitalario,

demostrando su utilidad [88].

detectar los componentes moleculares del SARS-CoV-2.

Las

ventajas

de

algunos

CONCLUSIONES

biosensores son que facilitan la detección

Los métodos de diagnóstico in vitro enfocados

inmediata del virus, son portátiles, poseen la

en la detección del patógeno humano SARS-

capacidad

CoV-2 han cambiado significativamente con el

ultrasensibles y baratos. Algunas desventajas

desarrollo y la disponibilidad de las nuevas

de los biosensores son que en algunos casos

tecnologías descritas. Tras la revelación de la

requieren mayor maquinaria y capital, en

pandemia

actual,

comparación

probados

en

estos

métodos

pacientes

fueron

enfermos

de

miniaturización,

con

otras

son

técnicas

de

identificación como las técnicas serológicas y

experimentales, dentro de la unidad de cuidados

RT-qPCR.

intensivos

obtener

Por otro lado, hay algunos ejemplos de

información, facilitar la identificación del virus

biosensores utilizados para la detección del

y proseguir con el tratamiento de los pacientes

SARS-CoV-2 conocidos como de punto de

COVID-19.

atención o POC que se utilizan para obtener

Esta revisión es una descripción resumida de las

datos estadísticos, para ayudar a informar sobre

técnicas usadas para el diagnóstico por

personas enfermas y prevenir la propagación de

infección de SARS-CoV-2, como: la RT-qPCR,

la enfermedad; sugiriendo su aplicación en un

la RT-LAMP y algunas plataformas modernas

entorno

basadas en biosensores que detectan los

propagación

componentes moleculares del virus en la actual

ejemplos de estos biosensores son: (i) los

pandemia. En conclusión, la RT-qPCR es una

ensayos de biosensores ópticos (fluorescentes),

con

la

finalidad

de

35 Artículo de revisión

hospitalario del

para

prevenir

SARS-CoV-2.

la

Algunos

AyTBUAP 5(20):11-43 Escobar-Muciño et al., 2020

(ii)

los

biosensores

electroquímicos

immunomodulatory activity in patients with

(potenciométricos y amperométricos), (iii) los

coronavirus-SARS2-induced

biosensores de papel, y (iv) aquellos que

different severity. Preprint. 2020:1-18.

utilizan sensores Lot con tecnología Arduino.

[2]. Ling CQ. Traditional Chinese medicine is a

Además, se ha implementado el uso de

resource for drug discovery against 2019 novel

nanomateriales

coronavirus (SARS-CoV-2). J Integr Med.

en

tecnología

como

los

aptasensor para su uso bivalente en la

[3]. Vellingiri B, Jayaramayya K, Iyer M,

los componentes moleculares del SARS-CoVson

escasos

los

of

2020;18(2): 87-88.

hibridación de ácidos nucleicos para detectar

2. Asimismo,

disease

Narayanasamy A, Govindasamy V, Giridharan

reportes

B, Ganesan S Venugopal A, Venkatesan D,

encontrados sobre el uso de aptámeros para su

Ganesan H, Rajagopalan K, Rahman PKSM,

uso como candidatos para diagnosticar y

Cho SG, Kumar NS, Subramaniam MD.

descubrir terapias antivirales contra el virus.

COVID-19: A promising cure for the global

Finalmente, a la fecha la tecnología PIM es la

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CoV-2 que no se ha logrado experimentar en

Zhu X, Yan J, Xu Z. Immunogenicity of a DNA

pacientes infectados, pero existen experimentos

vaccine

in vitro que comprueban su utilidad y

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El dinero como fuente de contagio de SARS-CoV-2 en México Julieta Mariana Muñoz-Morales1,2 ID, Brenda Luna-Sosa1 ID, Yolanda Elizabeth Morales-García1,2* ID, Jesús Muñoz-Rojas1,2 ** ID Grupo “Ecology and Survival of Microorganisms”, Laboratorio de Ecología Molecular Microbiana, Centro de Investigaciones en Ciencias Microbiológicas, Instituto de Ciencias, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. 2 Licenciatura en Biotecnología, Facultad de Ciencias Biológicas, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP). . 1

*Email de autores corresponsales: *lissiamor@yahoo.com.mx **joymerre@yahoo.com.mx Recibido: 01 noviembre 2020. Aceptado: 27 noviembre 2020 RESUMEN El dinero en sus diversas formas (billetes, monedas, tarjetas) podría significar una fuente potencial de contagio para contraer la COVID-19. Sin embargo, aún no hay trabajos que determinen el nivel de partículas virales en este tipo de materiales de transacción. A pesar de que estos estudios aún no se han realizado, la población debería asumir que el dinero contiene partículas virales que podrían potencialmente infectar a cualquier individuo. Se propone usar sistemas de pago anti-contacto, por ejemplo, pago mediante el sistema QR, como una alternativa para evitar contagios por el uso de materiales de transacción. Palabras clave: COVID-19, hospedero, pago anti-contacto, partículas virales.

ABSTRACT Money in its various forms (bills, coins, cards) could be a potential source of contagion for contracting COVID-19. However, there are still no works that determine the level of viral particles in this type of transaction materials. Although these studies have not yet been carried out, the population should assume that money contains viral particles that could potentially infect any individual. It is suggested 44 Artículo de opinión

AyTBUAP 5(20):44-49 Muñoz-Morales et al., 2020

to use anti-contact payment systems, for example, QR payment systems, in order to avoid contagion due to the use of transaction materials. Keywords: COVID-19, host, anti-contact payment, viral particles. Opinión

con partículas virales, éstas no se verían

Hay muchas formas de contraer la COVID-19

afectadas debido a que todos los sitios de

(Coronavirus disease-2019) y las fuentes de

resguardo ocurren sin exposición a la radiación

contagio aún no han sido descritas del todo [1].

solar. De esta forma los virus podrían

Múltiples trabajos están describiendo diversos

mantenerse

aspectos. Por ejemplo, los mecanismos de

aguardando para encontrar al hospedero

infección [2], las vacunas que se están

siguiente. Es importante destacar que dos

desarrollando [3], los fármacos para tratar de

preguntas relevantes tienen que ser contestadas

disminuir la agresividad del virus [4], la

¿Cuántas partículas virales hay en un billete o

epidemiología de la enfermedad [5], síntomas

en una moneda? ¿En dónde existen más

nuevos y consecuencias por haber padecido la

partículas, en las monedas o en los billetes? [8].

enfermedad

La

Hasta el momento no se ha explorado, con

información hasta ahora publicada sobre

exactitud, cual es el potencial de contagio del

posibles vectores para la distribución del virus

dinero para el caso de SARS-CoV-2. Sin

y su permanencia en diversos ambientes es aún

embargo, este trabajo debería ser prioritario,

escasa [6].

pues es un artefacto que es manejado

El dinero (billete o metálico) pasa de una

continuamente por la mayoría de las personas

persona a otra en cada transacción que se

del

realiza, de esta forma las personas infectadas

microorganismos ha sido comprobado que el

podrían diseminar partículas virales en estos

dinero es un vector potencial en la transmisión

materiales de transacción [7,8]. Normalmente,

de enfermedades [9]. Por ejemplo, algunos

una vez que finaliza la transacción el dinero es

microorganismos

guardado en carteras o en cajas registradoras u

aureus, Salmonella spp., y Escherichia coli se

otro sitio con el fin de mantenerlo seguro, en

aíslan comúnmente de billetes manejados en los

espera de la transacción siguiente. En ese

negocios de comida. S. aureus puede sobrevivir

momento si el dinero estuviera contaminado

en monedas, en tanto que Salmonella spp., E.

[2],

entre

otros

temas.

45 Artículo de opinión

mundo.

sin

ningún

Para

el

como

efecto

caso

adverso,

de

otros

Staphylococcus

AyTBUAP 5(20):44-49 Muñoz-Morales et al., 2020

coli y algunos virus, como el virus de influenza

otro lado se tiene que teclear la clave de tarjeta

humana, Norovirus, Rhinovirus, el virus de

en el dispositivo. Tanto en el caso de

hepatitis A y el Rotavirus, pueden ser

transacciones con dinero en efectivo, así como

transmitidos por contacto con las manos [9].

con el uso de una tarjeta de pago, todos los

A pesar del aislamiento de las personas en sus

clientes están expuestos a un posible contagio

hogares, en muchos momentos del día

en el momento de la transacción. Si ocurriera el

interaccionan con el dinero. Lamentablemente,

contacto con las partículas virales de SARS-

no se ha sensibilizado completamente a la

CoV-2 en el momento de la transacción, en

población para que cada vez que se manipule el

muchos casos, ya no hay ofrecimiento de gel

dinero, inmediatamente las personas se laven

antibacterial al final de la compra, ni a la salida

las manos o se limpien con gel antibacterial

del centro comercial. Si el cliente es intuitivo,

para evitar contagios por esta vía [10].

sabrá que podría llevar en las manos partículas virales y que las pudo haber dispersado en todos

En las tiendas comerciales, en el momento de

sus productos de compra que tocó después de la

ingreso, se verifica que las personas porten

transacción, por lo que tendrá que usar gel

cubrebocas, en algunos casos careta, se toma la

antibacterial lo más pronto posible o lavarse las

temperatura de los clientes, se les ofrece gel

manos

antibacterial y se limpia con estricto sentido al

con

jabón

para

disminuir

esa

probabilidad [10]. Además, los productos de

carrito de compra y solo una persona por

compra tendrán que ser limpiados con alcohol

familia puede ingresar; todo esto es correcto.

antes de ingresar a los hogares. La segunda

Sin embargo, después de elegir los productos

parte de la visita a un centro comercial no se ha

necesarios para llevar al hogar, viene el

considerado

momento de la transacción, en la zona de cajas

como

potencial

peligro

de

contagio, pero a la vista se puede notar que, si

se pagan los productos. Es aquí donde ocurre el

los virus son detectados en el dinero, las

error, se maneja el dinero comúnmente sin

transacciones deben tomarse en consideración

guantes y se finaliza la compra. El cajero recibe

como un peligro potencial de contagio [9]. Lo

el dinero y lo coloca en la caja registradora. El

mismo podría ocurrir cuando se va a retirar al

cliente da y recibe efectivo que lleva a la cartera

banco, o a pagar a través de los sistemas

o a una bolsa. En el mejor de los casos, da su

practicaja, no hay medidas precautorias, ni

tarjeta (débito o crédito) y culmina la

programas que concienticen a la población del

transacción, sin embargo, la tarjeta también

peligro potencial de contagio que existe al

tiene contacto con el dispositivo de cobro y por 46

Artículo de opinión

AyTBUAP 5(20):44-49 Muñoz-Morales et al., 2020

visitar esos lugares.

un desinfectante.

¿Existe alguna forma de librarnos de este

Las transacciones del futuro ante esta nueva

problema? En nuestra opinión, sí la hay, y

enfermedad deben ser realizadas a través de

requiere de un gran esfuerzo de cambio. Se

depósitos

debe concientizar a la población, que el dinero

contacto con el dinero [15]. Una alternativa,

es un peligro potencial de contagios para

podría ser realizar las compras en línea o bien

contraer la COVID-19. Por lo tanto, se deben

en establecimientos donde el producto que se

extremar precauciones, lavándose las manos o

tome sea escaneado por el mismo comprador y

por lo menos usando gel antibacterial cada vez

pagado a través de su teléfono celular, por

que

una

ejemplo, mediante un sistema QR u otro que

transacción [10]. Se recomienda realizar

evite el contacto. Al respecto, Banxico ha

trabajos científicos para comprobar los niveles

desarrollado una forma de pago mediante el uso

de partículas virales presentes en estos

del sistema QR [16]. Sin embargo, aún no es

materiales

la

una forma habitual de pago en México y es muy

estabilidad de éstas [11]. Mientras tanto, la

poco conocido. Por lo que se tiene que fomentar

población debe asumir que el dinero es una

el uso de estas tecnologías para evitar un mayor

potencial fuente de contagio, como una medida

número de contagios.

usan

estos

materiales

de transacción,

durante

así

como

electrónicos

que

no

requieran

extrema de precaución para evitar incrementar los índices de la COVID-19.

CONCLUSIÓN

Si el dinero es vector del SARS-CoV-2, las

El fenómeno de la COVID-19 es un parteaguas

partículas virales podrían estar silenciosamente

que está cambiando drásticamente nuestra

resguardadas en las carteras de las personas en

forma de vivir y en nuestra opinión el dinero

los hogares esperando infectar a su nuevo

físico

hospedero. Al respecto, es recomendable que

electrónico anti-contacto para evitar un mayor

las carteras se queden en las entradas de las

número de contagios por SARS-CoV-2.

deberá

ser

sustituido

por

dinero

casas y no rebasen al interior del hogar donde se desarrolla la vida de la familia. Sin embargo,

CONFLICTO DE INTERESES

muy pocas personas realizan esta práctica. Una

Los autores declaran no tener conflictos de

alternativa es desinfectar monedas, llaves

intereses.

[12,13] e incluso billetes [14], pero la cartera deberá también limpiarse frecuentemente con 47 Artículo de opinión

AyTBUAP 5(20):44-49 Muñoz-Morales et al., 2020

AGRADECIMIENTOS

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49 Artículo de opinión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020 https://eoi.citefactor.org/10.11235/BUAP.05.20.04

Descripción del sistema CRISPR-Cas y su aplicación como metodología de punto de cuidado en la detección del SARS-CoV-2 Esmeralda Escobar-Muciño1* ID, Estrella Escobar-Muciño2 ID, Adriana Gamboa-Pérez1 ID. 1

Centro de Investigación en Ciencias Microbiológicas, Posgrado en Microbiología. Instituto de Ciencias, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, México. 2 Escuela de Ingeniería en Mecatrónica de la Universidad Politécnica de Tlaxcala, México. *Email autor corresponsal: esmeeem2014@gmail.com Recibido: 19 octubre 2020. Aceptado: 13 diciembre 2020

RESUMEN El virus del síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2) se propagó a nivel mundial desde diciembre del 2019, causando rápidamente la enfermedad del COVID-19 en el mundo haciendo vulnerable a la población en general. Demostrando su efecto en todas las edades, dañando muchos órganos y sistemas humanos, causando preocupación entre los individuos afectando la vida diaria y la economía mundial. Especialmente, porque no se dispone de vacunas hasta el momento, generando una necesidad sin precedentes de la creación de métodos de diagnóstico para la detección rápida, sensible y que diferencien las cepas del coronavirus. Motivo por el cual, el objetivo del presente estudio fue describir el sistema CRISPR-Cas, así como las metodologías emergentes para la identificación del SARS-CoV-2 y a su vez comparar las ventajas y desventajas de los diversos estudios publicados. Con la finalidad de obtener información de las nuevas tecnologías alternativas basadas en CRISPR-Cas, que en algunos casos han sido aprobadas por la FDA como metodologías de diagnóstico, encontradas en etapas de desarrollo y de prueba en personas enfermas con el COVID-19. Y son comparables con los métodos convencionales de detección del virus, además son un tipo de biosensor de punto de cuidado porque ofrecen un diagnostico efectivo de la enfermedad a gran escala en personas portadoras del SARS-CoV-2. Palabras clave: biosensor de punto de cuidado (BPC), CRISPR-Cas, estudios epidemiológicos del COVID-19 y métodos de detección alternativos del SARS-CoV-2. 50 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

ABSTRACT The severe acute respiratory syndrome virus coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spread since December 2019 causing the disease called “COVID-19” in the world, making the general population vulnerable. Proving its effect in all ages, damaging many human organs and systems, causing preoccupation among the individuals, affecting daily life and the world economy. Specially because vaccines are not available so far, generating an unprecedented need for diagnostic methods for rapid and sensitive detection that differentiates strains of the coronavirus. Reason why the objective of this study was to describe the CRISPR-Cas system, as well as the emerging methodologies for the identification of SARS-CoV-2 and compare the advantages and disadvantages of the various published studies. In order to obtain information on the new alternative technologies based on the CRISPR-Cas that in some cases have been approved by the FDA as a diagnostic methodology, in the development and testing stages in illness people with COVID-19. And are comparable with conventional virus detection methods, are a type of point-of-care biosensor because they offer an effective diagnosis of the disease on a large scale in people carrying SARS-CoV-2. Keywords: alternative SARS-CoV-2 detection methods, CRISPR-Cas, epidemiologic studies of COVID-19, and point of care biosensor (POC). INTRODUCCIÓN

denomina actualmente como el COVID-19,

Los coronavirus incluyen una gran familia de

caracterizada

virus que son comunes tanto en los humanos y

contraen la enfermedad presentan varios

animales

y

síntomas (fiebre alta, dificultad para respirar,

murciélagos, entre otros). En ocasiones, los

tos seca y neumonía atípica), y suele ser una

coronavirus de animales pueden infectar a los

infección confirmada por pruebas serológicas,

seres humanos, como ejemplo el SARS-CoV, el

PCR y tomografía computarizada (TC) de

MERS-CoV y actualmente el SARS-CoV-2.

pulmón [1].

(camellos,

ganado,

gatos

Este último ha provocado la infección aguda del

porque

los

individuos

que

Los casos de COVID-19 se comenzaron a

tracto respiratorio, propagándose rápidamente

detectar desde el mes de diciembre del 2019.

en todo el mundo y convirtiéndose en un

Por lo que, a principios del 2020, ya se habían

problema de salud pública. Esta infección se 51 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

identificado un gran número de casos de

efectivos [6].

neumonía causada por el SARS-CoV-2, cuyo

Actualmente, se conoce que el SARS-CoV-2 se

brote en la actualidad ha afectado a varios

transmite en humanos por medio de gotitas de

países y causado un impacto mundial [2]. Para

saliva y superficies contaminadas. El virus

mayo del 2020, se reportó que los países de

puede persistir hasta por 9 días a temperatura

Lesoto, Turkmenistán y Corea del Norte no

ambiente, motivo por lo cual existe la necesidad

presentaban casos de COVID-19 [3].

de detectar el virus por el peligro que

Actualmente, a nivel mundial se reportan

representa. Por lo anterior, se han sugerido

55,624,562 casos confirmados y 1,338,100

medidas de prevención como: (i) el lavado

muertes por COVID-19 reportadas en 54 países

regular de las manos con jabón durante 20 s, (ii)

[4]. Mientras que, en México se reportan

fortalecer el sistema inmune durmiendo de 7-8

1,015,071 casos confirmados y 99,528 muertes

h, (iii) ejercitarse regularmente, (iv) tener una

por COVID-19 [4]. Debido a que el SARS-

buena nutrición, y (v) el uso de equipo

CoV-2 se considera un virus de alto nivel de

protectivo como guantes, máscaras y caretas, en

riesgo, se ha puesto especial interés en la

los lugares de trabajo y hospitales [7].

investigación para un diagnóstico más rápido y

Adicionalmente, las investigaciones recientes

confiable; esto plantea un desafío tanto clínico

sugieren que las personas infectadas con el

como

SARS-CoV-2

tecnológico.

Por

lo

anteriormente

pueden

ser

altamente

mencionado, la comunidad científica decidió

infecciosas, mientras son asintomáticas o

compartir la información de forma abierta para

presintomáticas, y que una persona infectada

agilizar las investigaciones. La pandemia

puede transmitir el virus a 5.6 personas en

amenaza con la saturación hospitalaria, lo cual

promedio [7]. Sugiriendo la necesidad de

ha puesto a prueba la capacidad de diagnóstico

ensayos de diagnóstico rápidos y sensibles para

de los médicos y laboratoristas, por lo que se

detectar

está en la búsqueda de un método de

preferiblemente equipo existente para facilitar

diagnóstico rápido, económico y eficaz [2,5].

la detección a gran escala [7].

Con base en lo anterior, los científicos han sido

el

SARS-CoV-2,

que

utilizan

Sin embargo, los esfuerzos para controlar la

obligados a trabajar de manera rápida para

enfermedad se ven obstaculizados por múltiples

comprender el mecanismo de infección del

factores, incluidos: la dificultad para producir

SARS-CoV-2, con la finalidad de establecer

rápidamente

diagnósticos y tratamientos avanzados que sean

el

número

de

pruebas

de

diagnóstico necesarias, la baja sensibilidad de 52

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

las pruebas de diagnóstico y la poca experiencia

individuos asintomáticos. Algunos métodos

técnica necesaria para obtener resultados

BPC empleados para detectar el SARS-CoV-2

válidos. También, las pruebas a gran escala son

están basados en RT-qPCR y detectan

esenciales, pero las estimaciones indican que

componentes moleculares del virus como la

los métodos de identificación actuales no son

proteína N, ORF1ab, ORF1ab, S, MS2, E y el

capaces de detectar un gran número de casos

ORF8 [9, 10].

asintomáticos,

con

Como es de notarse en la actualidad, las pruebas

sintomatología leve de COVID-19 [7]. Razón

basadas en detección de ácidos nucleicos se han

por la cual, las pruebas rápidas denominadas de

utilizado

punto de cuidado BPC o POC (Point Of Care,

referencia para el diagnóstico del COVID-19

por sus siglas en inglés), son capaces de operar

[2]. Por lo que se han diseñado varios métodos

en cualquier entorno e incluso en el hogar, son

de detección alternativos que, a las pocas

escalables, asequibles, fáciles de utilizar y

semanas de la propagación del SARS-CoV-2,

surgieron como una necesidad urgente para

algunos

luchar contra el COVID-19 [8].

desarrollaron herramientas de diagnóstico

Existen varias pruebas BPC que han sido

basadas en el sistema CRISPR-Cas (clustered

aprobadas por la FDA (Food Drugs and

regularly

Administration, por sus siglas en inglés;

repeats-CRISPR associated, por sus siglas en

Administración de Drogas y Alimentos, en

inglés;

español), debido al incremento del número de

interespaciadas agrupadas regularmente, en

personas sospechosas de infección, enfermas o

español), para la detección del SARS-CoV-2

infectadas asintomáticas por COVID-19, por

[6]. Otra aplicación potencial es como terapia

ello existe la necesidad de realizar el

para

diagnostico de personas sospechosas de estar

bifuncionales. Como ejemplo, el uso de

infectadas ya que una persona asintomática

CRISPR-Cas13

podría contagiar a un gran número de personas

(The Prophylactil Antiviral CRISPR in huMAN

sin saberlo, convirtiéndose en un riesgo para la

cells, por sus siglas en inglés; El CRISPR

salud pública. Por ello, es tan importante

profiláctico antiviral en células humanas, en

desarrollar un método de diagnóstico fácil de

español) [11]. Esta metodología tiene el

aplicar, rápido, eficaz y económico, para poder

objetivo de destruir el ciclo de vida del

aplicarlo a gran escala y encontrar a estos

coronavirus. Mediante la degradación del ARN

presintomáticos,

o

53 Artículo de revisión

ampliamente

como

laboratorios

interspaced

repeticiones

inhibir

al

método

estadounidenses

short

palindromic

palindrómicas

virus

de

como

denominada

cortas

moléculas

“PAC-MAN”

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

genómico del SARS-CoV-2, limitando la

Hoy en día, en México se reportan casos de

expresión de proteínas vitales y expresión del

COVID-19 y a la par se introducen proyectos

virus en células humanas. Lo cual es

de estandarización y validación de pruebas

contrastante con los antivirales probados contra

rápidas basada en CRISPR-Cas, como una

el virus que actualmente se reportan [12, 13].

alternativa para el diagnóstico del SARS-CoV-

Poco después, varias pruebas de diagnóstico

2 en pacientes enfermos [15].

fueron aprobados con la finalidad de confirmar

Finalmente, el término “point of care” es

el COVID-19 (al identificar su fuente principal,

utilizado en el ambiente hospitalario para

el SARS-CoV-2). Además de probar los

denotar una serie de pruebas de monitoreo en

métodos

personas

en

laboratorios

proporcionando

asintomáticas

(sin

presentar síntomas) o enfermas de COVID-19

medio de pruebas clínicas para identificar

(ya sea con enfermedad leve o grave). El

personas infectadas por el virus [6].

término se refiere a todas las metodologías

Alternativamente, la capacidad de diagnóstico

involucradas en el manejo del paciente en el

del

de

diagnóstico de la enfermedad del COVID-19,

tecnologías que dan ventajas en la efectividad

así como la identificación del SARS-CoV-2

del diagnóstico clínico. Y un gran número de

llevado a cabo en hospitales como: la toma de

investigadores han utilizado este sistema para

muestra, la PCR y algunas de sus variantes

editar y diagnosticar enfermedades en células

(como la reacción en cadena de la polimerasa

aisladas de modelos animales [14].

con transcriptasa o PCR tiempo real (RT-

CRISPR-Cas

confiables

portadoras

por

sistema

resultados

certificados

se

ayuda

qPCR) y la amplificación isotérmica mediada

Por otro lado, la primera oleada de ensayos

por bucle de transcripción inversa (RT-

clínicos que utilizaron el CRISPR-Cas fueron

LAMP)), la detección inmunológica de IgG e

para tratar trastornos hereditarios en humanos e

IgM, la TC y algunas pruebas de detección

implicaron la edición ex vivo de células. Lo cual

rápida alternativas como el CRISPR-Cas [16-

es considerado actualmente un enfoque factible

21]. Con la intensión de disminuir el número de

y tiene el potencial para tratar trastornos

enfermos, el tiempo de hospitalización, mejorar

sanguíneos como la anemia de células

el uso de tratamiento con antivirales, terapias,

falciformes, la β-talasemia, el cáncer, algunas

reducir la prescripción médica, el tratamiento

enfermedades en estadio temprano y en

con antibióticos y los costos de hospitalización,

enfermedades infecciosas como la tuberculosis

aunque representa ciertos desafíos debido a que

[14]. 54

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

se reportan personas dadas de alta de los

El sistema CRISPR-Cas se basa en la capacidad

hospitales, pero vuelven a decaer y a su vez

de producir un conjunto de secuencias de ADN

pueden

derivadas

causar

reinfección

secundaria

y

del

invasor

conocidas

como

terciaria. Tanto al personal médico, familiares y

espaciador, que a su vez están flanqueadas por

personas que han tenido contacto con los

una región líder [27]. Los espaciadores

enfermos de COVID-19 [22- 24].

adquiridos se agrupan en cluster conocidos como CRISPR, en donde son transcritos a partir de un solo promotor para generar un pre-cARN

SISTEMA CRISPR-Cas

largo, el cual es procesado posteriormente por

Fue descubierto por primera vez en Escherichia

proteínas Cas o bien por ribonucleasas

coli en 1987 y después se encontró el mismo

celulares. Este proceso genera ARNs pequeños

sistema en varios géneros bacterianos. Siendo

conocidos como crARN maduros, cuya función

predominante en las arqueas en el 97% de los

es el silenciamiento de secuencias específicas.

genomas, en comparación con las bacterias

También, el crARN se asocia con un crARN

encontrando el 50% de secuencias en los

transactivador (tracrRNA) para reconocer una

genomas. Además, su papel biológico es

secuencia blanco, que es una especie diferente

brindar protección contra los ácidos nucleicos

de ARN que interactúa con el crARN para

invasivos (como el ADN o el ARN proveniente

formar un gARN guía, el cual se puede

de fagos, plásmidos y otros elementos de ADN

encontrar en el sistema CRISPR-Cas tipo II y

exógenos), comportándose como un sistema

en el subtipo V-B. También, se sabe que los

inmunológico en los microorganismos [25].

crARN se asocian a proteínas Cas para formar Por esta razón los científicos comenzaron a

varios

tener interés y explotaron los conocimientos del

complejos

efectores

denominados

crARN-Cas o crRNP. Por lo que la función

CRISPR-Cas, investigando también sobre las

principal del sistema CRISPR-Cas es destruir

aplicaciones de la actividad endonucleasa de la

secuencias específicas de los ácidos nucleicos

proteína Cas, siendo aceptada como una

complementarios

herramienta popular en el desarrollo de un

que

son

considerados

invasores [28- 31].

amplio rango de medicamentos de significancia Por otro lado, el descubrimiento y el reciente

clínica incluyendo antivirales, y que en la

avance de las funciones de la secuencia

actualidad ha sido propuesta para utilizar en el

CRISPR y las proteínas Cas asociadas al

diagnóstico y tratamiento del SARS-CoV-2

mismo, han llevado a una rápida expansión de

[25, 26]. 55

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

diferentes campos de la investigación desde

ciencias básicas y medicina clínica. También,

hace 30 años, como se observa en la figura 1

las herramientas basadas en CRISPR/Cas9 se

[32]. Posteriormente, al descubrimiento del

utilizaron por primera vez para detectar el virus

sistema CRISPR-Cas en E. coli se dieron a

Zika en 2016 y a la bacteria Staphylococcus

conocer las funciones y mecanismos del

aureus (S. aureus) que es resistente a la

sistema CRISPR-Cas, estableciendo una nueva

meticilina en 2017. Poco después, se dio a

era de la inmunidad adaptativa mediada por

conocer que el Cas13a es guiado por ARN.

CRISPR-Cas en el 2007. Posteriormente, se dio

Mientras que, el Cas12a y Cas13 son de utilidad

a conocer la primera aplicación de la tecnología

para detectar ácidos nucleicos y han sido

CRISPR-Cas9 en 2013, revolucionando el

utilizados para el diagnóstico clínico [32- 34].

campo de la edición de genes dirigidos a células de mamíferos, acelerando el avance de nuevas aplicaciones en otros sistemas CRISPR-Cas en

Figura 1. La historia del descubrimiento del CRISPR-Cas y su aplicación en la identificación de patógenos [32].

56 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

A continuación, se describen los sistemas

transporte nucleocitoplasmático, la traducción,

CRISPR-Cas basándose en la clasificación por

la desintegración del ARN y la expresión de

tipos.

genes

Las proteínas Cas se dividen en 13 tipos: las

dominio endonucleasa conocido como RuvC

proteínas Cas1 al Cas10 y las proteínas Cas12

(estas proteínas llevan a cabo la actividad

al Cas14. Además, se clasifican en 6 tipos (I al

endoribonucleasa para procesar sus propios

VI), su papel de manera resumida se basa en la

ARN guía y actividad ADNasa guiada por ARN

adquisición de espaciadores, la interferencia de

para la escisión de ADN diana), el dominio del

ácidos nucleicos como dianas moleculares y la

lóbulo de reconocimiento helicoidal alfa cuya

expresión de crARN. Su función principal

función es de una endonucleasa guiada por

abarca la unión a ADN y ARN no específico

ARN, el dominio correspondiente a la familia

actuando

DxTHG asociado al CRISPR y el dominio

como

ADNasa,

se

une

orgánulos.

Finalmente,

tienen

un

NUC que es una endonucleasa [29, 36-39].

específicamente a regiones ricas en uracilo, actúa como exonucleasa, endonucleasa y helicasa de ADN, corta ssARN (ARN de

Sustratos

cadena sencilla) y ssADN (ADN de cadena

CRISPR-Cas de acuerdo con su clasificación

sencilla) no específico y ssADN específico que

Comúnmente el sistema CRISPR-Cas reconoce

se encuentra cercano a la secuencia TTTN

ADN, el cual es hidrolizado por varios crRNP

(Kumar prashant et al., 2020; Michael, 2020)

efectores. Los sistemas CRISPR-Cas del tipo I,

[35, 36].

II, IV y V se dirigen al ADN, mientras que los

Los principales dominios encontrados en la

sistemas del tipo III cortan por igual el ADN y

familia Cas son: el dominio HD (llamado así

ARN. Los sistemas del tipo VI cortan el ARN y

por los residuos de aminoácidos conservados de

otros son específicos de ADN, mostrando

histidina (H) y/o aspartato (D)), se sabe que está

dependencia

involucrado en el metabolismo de ácidos

secuencia corta de 2-5 pb, llamado motivo

nucleicos, el dominio helicasas de caja

adyacente

DEAD/DEAH; su propósito es desenrollar los

(Protospacer adjacent motif, por sus siglas en

ácidos nucleicos. A su vez, están involucradas

inglés; motivo adyacente de protoespaciador,

en el metabolismo del ARN incluida; la

en español), ubicado inmediatamente adyacente

transcripción nuclear, el empalme previo del

a la secuencia diana del ADN invasor. La

ARNm, la biogénesis del ribosoma, el

presencia del PAM es esencial para la 57

Artículo de revisión

reconocidos

del

del

por

el

reconocimiento

protoespaciador

sistema

de

o

una

PAM

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

degradación de ácidos nucleicos y esta

anterior permitió el descubrimiento y el

secuencia está flanqueada por repetidos. Por el

establecimiento de la biología y biotecnología

contrario, la función de los sistemas CRISPR-

del CRISPR, que posteriormente se describió al

Cas del tipo III y VI es direccionar el ARN y no

Cas3 como parte de un sistema de inmunidad

depende de los PAM de consenso. Sin embargo,

procariota basado en la interferencia de ARN

la actividad de los sistemas del tipo III se han

[31].

estudiado y se ha demostrado que son regulados

A lo largo de las investigaciones se conocieron

por

los

múltiples funciones de la proteína Cas3 como:

blanco

(i) la participación en la interferencia del

secuencias

protoespaciadores denominadas

que de

flanquean los

secuencias

ARN

flanqueantes

de

CRISPR,

protoespaciadores [31].

(ii)

función

como

ATPasa

dependiente de ssADN y dsADN (ADN de doble cadena), pero en algunas ocasiones la

Los sistemas de proteínas Cas y su

actividad nucleasa no requiere de ATP, (iii)

descripción

tiene un papel biológico como helicasa dependiente de ATP, con la finalidad de

El sistema Cas3

desenrollar los híbridos de ADN/ADN y

Destacó por primera vez en el 2002 cuando se

ARN/ADN, moviéndose principalmente en

realizaba un análisis in silico de genomas

dirección de 3' a 5’ [29, 31]. En la figura 2 se

procarióticos, identificando el motivo de la

puede observar el mecanismo de de la nucleasa

helicasa de la superfamilia 2 conocido como

Cas3 [18]. El cual se basa en que Cas3 funciona

'COG1203' y su asociación con otras enzimas

con

de procesamiento de ácidos nucleicos ubicadas

un

complejo

de

ribonucleoproteína

conocido como "cascada". Los pares de bases

junto a las secuencias espaciadoras de ADN

en el complejo forman un bucle, propiciando el

repetido, característica principal del CRISPR

reclutamiento de Cas3 con la finalidad de

[25].

degradar el ADN diana [40].

Esto creó el término "CRISPR", para las repeticiones de ADN, y la proteína COG1203 con el tiempo se acuñó como "Cas3". Lo

58 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

Figura 2. Representación del mecanismo de corte de la nucleasa Cas3 denominado “cascada”. Imagen modificada de [31]. La diversidad de la forma y función del

enzimas son codificadas por diferentes genes

complejo

sistemas

como el cas3’’ y cas3’. También, en las

CRISPR del tipo 1 se hace explícita en la

cianobacterias se ha reportado la proteína

mayoría de los subtipos como: 1-A, 1-F y 1-U.

Cas3’’ que puede fusionarse con la proteína

Dentro de estos sistemas, los complejos cascada

Cas10 [41, 42]. A continuación, se describen

varían en composición de tres a cinco

los dominios característicos de la proteína Cas3

subunidades proteicas, aunque Cas5 y Cas7 son

tomando como modelo bacteriano al termófilo

comunes en todos los subtipos, y muestran

Thermobifida fusca YX, cuyo número de

alguna

las

acceso es 4qqw de la estructura cristalina

estudios

obtenida de la base de datos de proteínas PDB

comparativos donde se ha encontrado que la

(del inglés: protein data bank) [43]. En las

nucleasa Cas3 posee diferente función en

figuras 3A, 3B y 3C se observa la estructura en

algunos modelos bacterianos. Como ejemplo se

cristal del monómero, dímero y tetrámero del

ha encontrado que existen proteínas Cas3 que

Cas3 que fue representada en lazos y listones.

se fusionan a las Cas2 en los géneros Yersinia y

Así como los dominios principales de la

Pseudomonas. Por otro lado, en el caso de

proteína Cas3, cuya arquitectura se observa en

algunas arqueas, las funciones de Cas3 son

la figura 3D. Encontrando que posee los

como nucleasa, translocasa y helicasa. Y estas

dominios HD, DEAD/DEAH, helicasa y el

Cascada-Cas3 en los

variación

funciones

correspondiente

catalíticas.

Existen

en

59 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

dominio

C

terminal.

Identificando

30

estructuras [41, 44].

arquitecturas, divididas en 1347 especies y 24

Figura 3. Representación de la estructura cristalina del sistema Cas3 (3A-3C) y sus dominios (3D). Las imágenes fueron elaboradas en el presente estudio, fueron reproducidas en Pymol 2.4, la estructura cristalina obtenida de PDB y los dominios de Pfam [43-45]. El sistema Cas9

espaciador produciendo extremos romos. Como

Corresponde al sistema CRISPR del tipo II, se

característica principal el Cas9 es considerado

caracteriza porque necesita del procesamiento

inactivo en ausencia del ARN guía (ARNg). Por

correcto del pre-crARN, requiere del tracrARN

otro lado, el Cas9 reconoce un motivo

y una ribonucleasa 3 endógena (rnc). La

adyacente del protoespaciador rico en 3'-G, una

función del tracrARN sirve como guía para el

secuencia corresponde a TGGTG ubicada en las

procesamiento del pre-crARN asistido por la

secuencias de repetición del CRISPR, cuya

ribonucleasa 3. Mientras que, el complejo

función es ayudar a distinguirlas ya que las

Cas9/crARN/tracrARN corta una diana de

dianas moleculares dentro del locus CRISPR

dsADN lineal o circular complementaria al

bacteriano no tienen PAMs (Figura 4) [31]. 60

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

Figura 4. Representación del mecanismo de corte de la nucleasa Cas9. Imagen modificada y basada en [46- 48].

En la figura 5 se observa la estructura cristalina

de que ocurra el corte de ácidos nucleicos en

y los principales dominios que conforman la

presencia del ARNcr producido por una

arquitectura de la proteína Cas9. La imagen se

primera reacción.

basó en la proteína Cas9 (PDB: 5AXW) de S.

También,

aureus acomplejada con sgARN y su ADN

correspondientes a Cas12a y Cas9 están en el

diana o PAM (TTGGGT) [45, 49, 50].

extremo opuesto de su propio protoespaciador.

se

sabe

que

los

PAMs

El Cas12 utiliza un método de reconocimiento de secuencias específicas, que requiere de un

El sistema Cas12

PAM corto dependiente de timina (T) como las Pertenece a la clase 2 tipo V-A (anteriormente

secuencias: 5′-YTN-3 ′, 5′-TTN-3′ o 5′-TTTN-

se conocía como Cpf1), es similar a la proteína

3′. Observando que el Cas12 es guiado por

Cas9 en tamaño y forma. El Cas12a posee dos

ARN único con la finalidad de cortar

dominios nucleasa RuvC, que incluso pueden

eficientemente el ADN diana. El sitio de corte

superponerse. También, contiene un dominio

del Cas12a está después de la base 18 ubicado

nucleasa en lugar del dominio HNH. La función

en la secuencia NTS y después de la base 23 en

del Cas12a es cortar tanto el ARN y ADN, antes

la secuencia TS, lejos del PAM [44, 51]. 61

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

Figura 5. Representación de la estructura cristalina del sistema Cas9 (PDB: 5AXW) y sus dominios. Las imágenes fueron elaboradas en el presente estudio, fueron reproducidas en Pymol 2.4, la estructura cristalina obtenida de PDB y los dominios de Pfam [44, 45, 49, 50].

Figura 6. Representación del mecanismo de corte de la nucleasa Cas12a. Imagen basada en [51, 52].

62 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

Mientras que, un ADN escalonado con un

no complementaria, lo que da como resultado

saliente de 4 o 5 nucleótidos en la dirección 5',

un corte predominante de dsADN. Mientras

es generado a partir del corte de la nucleasa

que, la proteína Cas12g es una ribonucleasa

RuvC, puede estimular aún más la reparación

(ARNsa) guiada por ARN con 2 actividades

de ADN por medio del sistema de unión de

(ARNsa y ADNsa monocatenaria). Lo anterior

extremos

(Non-

demuestra la diversidad funcional debido a la

homologous DNA end joining, por sus siglas en

evolución del CRISPR-Cas del tipo V [38, 53].

inglés; unión de extremos de ADN no

En la figura 7A se observa la estructura

homólogo, en español). Además, se ha

cristalina de la proteína Cas12 (PDB: 6GTF) de

encontrado que la secuencia de crARN maduro

Francisella tularensis subsp. novicida U112

tiene al menos 16 nucleótidos de longitud y

[45, 54, 55]. Y en la figura 9B, 9C y 9D se

alcanza la máxima eficiencia de corte en una

observan

longitud de 17-18 nucleótidos [44, 51]. En la

correspondientes a la proteína Cas12 [44, 45].

no

homólogos

(NHEJ)

3

arquitecturas

y

dominios

figura 6 se observa el mecanismo de la proteína Cas12a.

El sistema Cas13

Aunque los efectores de los subtipos de la Recientemente, se han descubierto nuevos

nucleasa Cas 12 conocidos como V-A (Cas12a)

sistemas

y V-B (Cas12b) se han estudiado en detalle, las

CRISPR-Cas

con

funciones

novedosas. Entre estos nuevos descubrimientos

distintas arquitecturas del dominio y las

se destacan los sistemas de clase 2 y tipo VI,

secuencias RuvC de proteínas Cas12 no se han

conocidos como el CRISPR-Cas13, que

caracterizado del todo [38]. Encontrando

utilizan una sola enzima para dirigirse al ARN

diferencias entre las proteínas Cas12 al

utilizando una guía programable denominada

caracterizar las proteínas Cas12c, Cas12g,

crARN.

Cas12h, Cas12e y Cas12i demostrando que

La

unión

de

Cas13

al

ARN

monocatenario activa la actividad de la ARNsa

todas poseen actividad de interferencia del

que corta y degrada el ARN circundante de

dsADN guiado por ARN. Por ejemplo, las

forma no específica, conocida como actividad

diferencias entre las proteínas Cas12g y Cas12i;

de corte colateral o trans. Además, los sistemas

encontrando que cada una posee un tipo de

del tipo VI se han utilizado para la eliminación

corte diferente. Es decir, Cas12i tiene mayor

de ARN proveniente de agentes patógenos. Por

eficiencia en el mecanismo de corte del del

lo que, la nucleasa Cas13 forma la base para la

espaciador ya sea la cadena complementaria y 63

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

edición de ARN, basada en la actividad

se representa el mecanismo molecular de las

nucleasa y la adenosina desaminasa para editar

nucleasas Cas13a y Cas13b.

las secuencias que corta [51, 56]. En la figura 8

Figura 7. Estructura cristalina de la enzima Cas12 (7A) y las 3 arquitecturas representativas de la nucleasa (7B, 7C y 7D). Las imágenes fueron elaboradas en el presente estudio, fueron reproducidas en Pymol 2.4, la estructura cristalina de la proteína Cas12 fue obtenida de PDB (6GTF) y los dominios de Pfam [44, 45, 54, 55].

Figura 8. Representación del mecanismo de corte de las nucleasas Cas13a y Cas13b. Imagen modificada de [51].

64 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

Los sistemas CRISPR-Cas13 se dividen en

encuentra en otros sistemas de Cas del tipo VI

cuatro subtipos según la identidad de la proteína

[51, 56]. En la figura 9A se muestra la

Cas13 (Cas13a–d). Todos los miembros de la

estructura cristalográfica del Cas13 tomando en

familia de proteínas Cas13 contienen dos

cuenta el modelo bacteriano Listeria seeligeri

dominios HEPN de unión a nucleótidos

serovar cepa SLCC3954 (PDB: 6vrC). Y en la

encontrados en procariotas y eucariotas. Cuya

figura 9B se observan las arquitecturas que

función es cortar el ARN mediado por ambos

conforman a la proteína Cas13. Destacando que

dominios [57]. Sin embargo, a diferencia del

la secuencia proteínica se ha encontrado en

Cas13a, Cas13c y Cas13d, el Cas13b posee los

pocas especies como: Leptotrichia buccalis

dominios HEPN ubicados en los extremos N y

ATCC 14201, Leptotrichia shahii DSM 19757,

C terminal de la proteína lineal, lo que sugiere

Herbinix hemicellulosilytica, Lachnospiraceae

que

bacterium

puede

adoptar

una

conformación

NK4A179, DSM

17365

Paludibacter

tridimensional única. Y la repetición directa del

propionicigenes

y

crARN en Cas13b se encuentra en el extremo

seeligeri ATCC 35967 [29, 45, 58].

Listeria

3', que es la orientación opuesta a la que se

Figura 9. Estructura cristalina de la enzima cristalina del Cas13 (9A) y la replantación de los dominios de la nucleasa Cas13 (9B). Las imágenes fueron elaboradas en el presente estudio, fueron reproducidas en Pymol 2.4 y DOG 2.0. la estructura cristalina de la proteína Cas13 fue obtenida de PDB (PDB: 6vrC) y los dominios de Pfam [45, 58- 60].

65 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

Cas14

10 se observa el mecanismo de corte y

Es una familia de nucleasas guiadas por ARN

estructura de Cas14a [21]. Observando que la

excepcionalmente compactas, recientemente se

nucleasa posee actividades bioquímicas únicas,

identificó en arqueas extremófilas. A pesar de

encontrando que Cas14 es muy restrictiva en

su pequeño tamaño, las proteínas Cas14 son

cuanto a la unión con el ADN del PAM. Por lo

capaces de cortar el ssADN [61]. Como dato

tanto, la unión al locus de ADN requiere la

interesante se han identificado 24 variantes del

complementariedad entre el ARN guía y la

gen cas14 agrupados en tres subgrupos

diana de ADN, en una ubicación en la que

(Cas14a-c). En general, las proteínas Cas14

puede interactuar con los elementos de unión al

tienen alrededor de 400-700 aminoácidos (aa),

PAM de la proteína Cas. Un dato interesante es

son aproximadamente la mitad del tamaño de

que Cas14 corta solamente ssADN y no puede

las nucleasas guiadas por el dsARN de la clase

cortar dsADN o ssARN [48].

2 cuyo tamaño es de 950-1400 aa. En la figura

Figura 10. Representación del mecanismo de corte de la nucleasa Cas14. Figura basada en [34]. Asimismo, se ha descubierto que las proteínas

detalle en bacterias no cultivables [62]. En la

Cas14 identificadas exhiben una diversidad de

figura 11, se observan las arquitecturas

secuencia. También poseen un dominio de

representativas

nucleasa

es

Encontrando mediante análisis bioinformático

característica del sistema CRISPR-Cas de tipo

que existen 4 arquitecturas y dominios

V. A la fecha, no existe una estructura cristalina

correspondientes a la familia Cas14 con las

de la proteína Cas14, pero se han descrito a

siguientes características: (i) existen alrededor

RuvC,

cuya

organización

66 Artículo de revisión

de

la

nucleasa

Cas14.

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

de

726

secuencias

arquitectura

(A0A2N3UXG3_9ACTN). (iv) las nucleasas

RISPR_Cse2 que indica está asociada a la

Cas14I-E, se caracterizan porque posee un

familia de proteínas Cse2 en Pseudomonas sp.

CRISPR asociado a CasB/Cse2 y (v) la

BAY1663 (W9T7E5_9PSED). (ii) la nucleasa

nucleasa Cas14d se caracteriza porque solo

Cas14b

la

existe una secuencia y arquitectura del tipo

arquitectura CRISPR_Cse1, CRISPR_Cse2

CRISPR_Cse2 como ejemplo; la bacteria

como ejemplo; la bacteria Actinoalloteichus

Peptoniphilus sp. taxon 375 str. F0436

hoggarensis (A0A221W9Y6_9PSEU). (iii) la

(F9MXH1_9FIRM), que posee un CRISPR

nucleasa Cas14c, se caracteriza porque existen

asociado a las proteínas Cas7/Cse4/CasC [29,

8 tipos con arquitectura CRISPR_Cse2x2 como

44, 63].

presenta

ejemplo;

con

9

la

secuencias

Streptomyces

con

sp.

GP55

Figura 11. Comparación de las 4 arquitecturas representativas de la proteína Cas14. Imagen reproducida y obtenida de Pfam 2020 [44].

Para conocer un poco más de la proteína Cas14

encontraron 20 sistemas adicionales de este tipo

del

en varias bacterias no cultivables agrupadas en

tipo

V

se

han

reportado

datos

metagenómicos los cuales han revelado una

cinco

gran diversidad de secuencia de Cas14,

observando que los genes son similares al cas14

encontrando

Cas14a-c

formando clados separados en el análisis de

incluyen un dominio RuvC adyacente a los

filogenia del cas tipo V. Por otro lado, se han

genes cas asociados a CRISPR. También, se

identificado

que

las

proteínas

67 Artículo de revisión

principales

38

familias

sistemas

(Cas14d–h),

CRISPR-Cas14

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

pertenecientes a ocho familias (Cas14a–h) y

árbol filogenético [65].

otro sistema adicional conocido como Cas14u

En el análisis se eliminaron todas las posiciones

[62, 63]. Lo que sugiere que estas familias

ambiguas para cada par de secuencias y hubo

evolucionaron a partir de TnpB, una proteína

un total de 517 posiciones en el conjunto de

asociada a una transposasa que es considerada

datos, finalmente los análisis de evolución se

el ancestro evolutivo de los efectores CRISPR

elaboraron en MEGA X [66]. Demostrando

del tipo V. En la figura 12 se muestra un análisis

como resultado que hay un ancestro en común

filogenético de los ancestros en común de la

de la enzima Cas14 (secuencia de referencia),

proteína Cas14, el cual fue elaborado en este

la cual tiene un parecido del 84% con otras

trabajo utilizando secuencias disponibles en

secuencias correspondientes a la transposasa

NCBI revisadas en 2020 [64]. Para ello, se

encontrada en arqueas, similar a lo que reportan

realizó un alineamiento de las secuencias

Harrington y cols., 2018 [62].

mediante Clustal W para posteriormente calcular las distancias evolutivas utilizando el método de corrección de Poisson y generar un

Figura 12. Árbol filogenético basado en la proteína CRISPR-Cas-14, cuyas secuencias fueron obtenidas de archaeas de la base de datos de NCBI revisado en 2020 tomando como secuencia de referencia el número de acceso correspondiente a QBM02559 [64]. El árbol filogenético fue basado en un estudio Neighbor joining [67], que comparó las secuencias TnpB, un ancestro de la proteína Cas14. La información del árbol filogenético fue obtenida en el presente estudio, con la finalidad de comprender y plasmar la información obtenida de [62].

68 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

Se sabe que el papel biológico de Cas14 es

ampliamente

dirigirse específicamente al ssADN, sugiriendo

programable para la edición de genes desde

una función en la defensa contra los virus de

2013, se sabe que la actividad de corte de las

ssADN que se propagan por medio de

nucleasas en algunos casos es promiscua, lo

intermediarios del ssADN. Este hallazgo indica

cual fue descubierto recientemente, y se

que las proteínas Cas pueden llevar a cabo un

aprovechó este conocimiento para la detección

corte de ADN incluso en organismos no

de ácidos nucleicos mediante experimentación

cultivados conduciendo a la creación de

in vitro [2].

valiosas tecnologías basadas en CRISPR-Cas14

El CRISPR-Cas es una poderosa herramienta de

y su aprovechamiento para maximizar su

edición de genes que ha dado lugar a resultados

utilidad biotecnológica [62, 63].

terapéuticos

Las características principales del Cas14 son

clínicos en los últimos años. Más allá de su

que posee una actividad nucleasa dirigida al

capacidad

ADN monocatenario (ss), es dos veces más

moleculares”, el CRISPR y sus proteínas

pequeño que Cas9 y puede conferir defensa

asociadas (Cas) poseen propiedades que pueden

contra virus [61]. Además, al combinar la

ser aprovechadas para detectar ácidos nucleicos

actividad de corte de la ssADNsa de Cas14 con

específicos en una muestra de pacientes

el

enfermos [10].

método

de

amplificación

isotérmica

como

una

revolucionarios de

actuar

herramienta

en

como

ensayos “tijeras

(DETECTR-Cas14), se puede explotar de

A

manera prometedora para la genotipificación

biosensores basados en los sistemas Cas3,

del polimorfismo de un solo nucleótido de

Cas9, Cas12, Cas13 y Cas14, cuya finalidad es

ADN de alta fidelidad, y para la detección de

detectar los componentes moleculares del

virus de importancia clínica, ecológica y

SARS-CoV-2. Y también se describen sus

económica que infectan a los seres humanos.

ventajas y desventajas como metodología de

Por lo tanto, el sistema CRISPR-Cas14 podría

diagnóstico viral.

continuación,

se

describen

algunos

adquirir una expansión de manera exponencial en el campo del diagnóstico de enfermedades

Detección del SARS-CoV-2

infecciosas y no infecciosas [61, 62].

Se

reportan

estudios

enfocados

en

el

diagnóstico de enfermedades que combinan la Aplicaciones del CRISPR-Cas

RT-LAMP y el sistema CRISPR-Cas, para la

La tecnología CRISPR/Cas se ha utilizado

detección de personas enfermas con el COVID69

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

19. Los cuales poseen una sensibilidad cercana

general el método CONAN consiste en extraer

a una sola copia de amplificado de los

el ARN de pacientes infectados por SARS-

componentes moleculares del SARS-CoV-2.

CoV-2. La técnica se basa en la RT-LAMP,

También otros estudios han comparado los

para lo cual se han diseñado los cebadores que

rendimientos

involucran

plataformas

del

diagnóstico

2

tipos

de

reacciones

de

amplificación de templados a partir de la

CAMERA, CRISPR/Cas12a-NER, iSCAN,

estructura de asas formada en el extremo

SARS-CoV-2, STOP-COVID, SHERLOCK,

terminal 3’. Para lograr la amplificación se usan

CRISPR-COVID entre otras. Por ello, la

6 cebadores (2 externos y 4 internos), los cuales

detección molecular del SARS-CoV-2 aparece

reconocen regiones de interés de la secuencia

como una opción de diagnóstico para este

del SARS-CoV-2 de acuerdo con un criterio de

nuevo

identificación de genes (por lo regular la

emergente

como;

varias

CONAN

virus

tecnológicas

de

causante

de

la

enfermedad del COVID-19 [2, 68].

proteína S, M y N). Con la finalidad de amplificar varios genes por medio de una sola reacción [69, 70]. Posteriormente, se lleva a

Biosensores basados en Cas3 usados en la

cabo una RT-LAMP que consiste en una RT-

detección del SARS-CoV-2

PCR colorimétrica que amplifica la muestra de Método CONAN

ARN para convertirlo en ADN complementario

La tecnología se basa en el corte de ADN

en un tiempo de 30 min a 62 ˚C. Después se

monocatenario, por medio del Cas3, que ha

coloca en un tubo una reacción de 10 min a 37

destacado por su potencial como un método

˚C con la enzima Cas3 y ssADN marcado con

rápido que lleva alrededor de 40 min en

un fluoróforo que después es cortado por la

diagnosticar la presencia del SARS-CoV-2, es

nucleasa, liberando el ADN y la señal marcada

de bajo costo, de gran sensibilidad, específico,

con un fluoróforo. Finalmente, se lleva a cabo

y no necesita de instrumentos caros para la

el revelado de la muestra por medio de la

detección del virus. Este ensayo es comparable

metodología de flujo lateral o LFA, cuyo

con Cas12 y los ensayos basados en RT-qPCR

resultado cuantifica el número de copias de los

[69].

componentes moleculares del SARS-CoV-2 en

Estos hallazgos han ayudado a comprender el

un tiempo de 2 min [69]. En la figura 13 se

uso de pruebas de diagnósticos BPC en

observa la metodología CONAN para la

pacientes de los que se sospecha están

detección del SARS-CoV-2.

infectados con el SARS-CoV-2 [69]. En 70 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

Figura 13. Metodología del biosensor CRISPR-Cas3 (CONAN) para la detección molecular del SARS-CoV-2 en pacientes enfermos. Figura modificada de [69].

Figura 14. Revelado del biosensor CONAN basado en Cas3 diseñado para detectar el SARS-CoV-2 en pacientes enfermos. Imagen modificada de [69].

71 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

Para el revelado de la prueba se utiliza el

ribonucleoproteína. La endonucleasa Cas9 es

reportero de ssADN marcado con un fluoróforo

una una proteína capaz de producir una ruptura

(F). Observando que, cuando Cas3 no presenta

en el dsADN. Además, el sgARN es una

actividad nucleasa acumula nanopartículas de

especie de ARN guía sintético, que sirve para

oro y anticuerpos anti-FITC que se observan

conducir a Cas9 a un gen blanco. De esta forma,

conjugados en la primera línea (control

es posible editar material genético en el lugar

negativo) de la tira de papel de flujo lateral.

donde se provocó la ruptura del ADN. Esta

Mientras que, el reportero hidrolizado muestra

metodología se basa en la transfección de ADN

una señal positiva al contacto con los

por medio de un plásmido que introduce una

componentes moleculares del SARS-CoV-2 en

molécula de ADN cuya función es reparar ADN

la segunda línea (muestra positiva) en un

de doble cadena [71].

tiempo <2 min [69]. En la figura 14 se

El mecanismo del biosensor es regular la

representa la forma de leer los resultados en tira

expresión de la proteína Cas9, para que esta

de papel del biosensor CONAN.

identifique el sgARN sintético del virus para generar

una

respuesta,

registrarla

y

cuantificarla. Cuando la célula reingenierada

Biosensores basados en Cas9 usados en la

censa los componentes moleculares del virus

detección del SARS-CoV-2

del SARS-CoV-2, para los cuales está diseñado, Método CAMERA

se produce un estímulo como respuesta a la

Es considerada una metodología basada en el CRISPR-Cas9

que

ha

ayudado

a

formación de un complejo Cas9-sgARN

los

cuantificando la señal obtenida [51].

investigadores a realizar un seguimiento de Existen 2 variantes del método, la primera es

ciertos eventos celulares, así como los cambios

conocida como CAMERA 1; se basa en

en la expresión génica en función de la

emplear una mezcla de plásmidos de tipo

exposición a ciertas condiciones ambientales

salvaje y modificados utilizándolos para crear

[51].

un sistema memoria génica in vitro con la

La metodología CRISPR-Cas9 consiste en

finalidad de detectar componentes moleculares

transfectar células con un plásmido a manera de

de virus como ARN. La propuesta se basa en

inducir la expresión de otras dos moléculas: la

utilizar

enzima Cas9 y el sgARN. Que pueden unirse en el

núcleo

celular

para

formar

plásmidos

modificados

que

se

diseñaron para contener una región diana afín al

una

complejo Cas9-sgARN. De modo que se 72 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

produzca una señal cuantificable provocada por

un diseño de ARN guía, destacando que es una

la presencia del virus. Posteriormente, el

técnica robusta y se puede particularizar a un

plásmido reingenierado se degrada y se

estudio de células humanas simulando una

reemplaza con un plásmido de tipo salvaje. Por

infección por virus el cual puede ser detectado

lo tanto, la amplitud y duración del estímulo

por CAMERA [51].

pueden observarse analizando la proporción de

El mecanismo del método CAMERA 1 y 2 es

plásmidos modificados con respecto a los de

muy parecido se basa en detectar patógenos

tipo salvaje [51].

(como virus) por medio del complejo Cas9-

Esta metodología se ha implementado en

ARN. Debido a que el sgARN dirige a la Cas9

bacterias, observando que el par de plásmidos

hacia su blanco molecular con mucha precisión.

evaluados pueden mantenerse estables durante

El sistema ha sido reingenierizado mediante la

144 horas y en una proporción de 1017.

construcción de plásmidos, que regulan al cas9

Observando

los

al agregar tetraciclina. Por otro lado, la

plásmidos puede cambiar. Por lo que, en

expresión del ARN sintético es regulado por el

general la metodología CAMERA 1 permite el

promotor lacO, que activa la transcripción del

registro de la amplitud de la señal en una escala

sgARN al agregar IPTG. Finalmente, el

de tiempo, registrando la duración de la

plásmido reingenierado de escritura genera

intensidad de la señal cuantificando los

memoria para que la Cas9 corte la secuencia

plásmidos en presencia y ausencia del virus

indicada para eliminar material genético

[51].

proveniente de patógenos [51].

Por otro lado, la segunda variante “CAMERA

Otra metodología emergente es un ensayo de

2”, se basa en la edición del genoma de la

detección conocido como FnCas9 o FELUDA,

célula, asociando diferentes estímulos, lo que

cuya función es detectar secuencias de

permite la grabación de varias señales en la

nucleótidos de los componentes moleculares

misma célula. La amplitud y duración de la

del SARS-CoV-2, en un tiempo de 1h mediante

señal

evaluarse cuantificando la

la amplificación del gen de la ARN polimerasa

proporción de ADN, observando cambios de

dependiente de ARN. Permitiendo distinguir

nucleótidos en la secuencia del plásmido al

claramente entre las secuencias de 2 cepas del

detectar los componentes moleculares del

coronavirus (SARS-CoV-2 y SARS-CoV-1). El

SARS-CoV-2 al secuenciar de 10 a 100 células,

resultado de la prueba de PCR puede revelarse

registrando el orden de los eventos utilizando

mediante un ensayo de flujo lateral en una tira

que,

pueden

la

proporción

de

73 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

de papel para distinguir muestras positivas de

ssADN una vez unido al ADN diana. Sin

pacientes infectados con SARS-CoV-2. El

embargo, los sistemas CRISPR/Cas12 actuales

método se ha probado en muestras suero de 110

se limitan a detectar ADN en un límite de

personas resultando efectivo en la detección de

detección

los componentes moleculares del virus [72, 73].

considerada una metodología emergente de

picomolar

[74].

También,

es

diagnóstico clínico rápido, cuantitativo, preciso y sensible para el pronóstico de la enfermedad

Método FnCas9

del COVID-19 [75]. Por medio de la obtención

Otra metodología emergente es un ensayo de

de muestras de las vías respiratorias superiores

detección conocido como FnCas9 o FELUDA,

(hisopados

cuya función es detectar secuencias de

nasofaríngeos,

hisopados

orofaríngeos (garganta), hisopados nasales de

nucleótidos de los componentes moleculares

lavado, aspirado nasofaríngeo y aspirado nasal

del SARS-CoV-2, en un tiempo de 1 h,

de

mediante la amplificación del gen de la ARN

individuos

pacientes

sospechosos

e

infectados por el SARS-CoV-2 [75].

polimerasa dependiente de ARN. Permitiendo distinguir claramente entre las secuencias de 2

Muy recientemente se demostró que la nucleasa

cepas del coronavirus (SARS-CoV-2 y SARS-

Cas12 es útil como una herramienta de

CoV-1). El resultado de la prueba de PCR

diagnóstico in vitro [2]. Otro ensayo basado en

puede revelarse mediante un ensayo de flujo

la

lateral en una tira de papel para distinguir

Cas12a/gARN y una sonda fluorescente se

muestras positivas de pacientes infectados con

reportó y detecto amplificados del virus del

SARS-CoV-2. El método se ha probado en

SARS-CoV-2, de manera sensible en tiempo

muestras suero de 110 personas resultando

real, permitiendo diagnosticar la enfermedad

efectivo en la detección de los componentes

del COVID-19. También, se ha demostrado que

moleculares del virus [72, 73].

la detección de las muestras se lleva a cabo en

formación

del

complejo

CRISPR-

un tiempo de detección de aproximadamente 50 min y un límite de detección de 2 copias de

Biosensores basados en Cas12 usados en la

amplificado por muestra. Los resultados

detección del SARS-CoV-2

validados y comparables mediante con ensayos El biosensor posee un gran potencial para la

de RT-PCR cuantitativa (RT-qPCR) y fueron

detección de ácidos nucleicos debido a su

aprobados por laboratorios certificados [7].

capacidad de cortar indiscriminadamente el 74 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

CRISPR/Cas12a-NER

ácido nucleico del SARS-CoV-2, observando a

El ensayo está basado en CRISPR/Cas12a y se

simple vista la fluorescencia resultante a 485

utiliza como un método de diagnóstico del

nm en ausencia del Q. El ensayo puede detectar

COVID-19. El mecanismo se basa en utilizar la

10 copias del amplificado de los genes del virus

nucleasa Cas12a, el ARN CRISPR (crARN),

en 45 min sin utilizar instrumentos de medición

ambos dirigidos al amplificado basado en los

y es comparable con el ensayo RT-qPCR.

compuestos moleculares del SARS-CoV-2 y un

Encontrando que es un método simple,

reportero de ssADN marcado con la proteína

confiable y adecuado para el diagnóstico in situ

verde fluorescente y un quencher (Q) no

del virus en personas enfermas, que es aplicable

fluorescente (supresor de la fluorescencia). Que

en hospitales y en comunidades aisladas (Figura

es hidrolizado por Cas12a en contacto con el

15) [64].

Figura 15. Metodología CRISPR/Cas12a-NER utilizada en la detección del SARS-CoV-2 en pacientes enfermos. Figura basada en [64]. iSCAN SARS-CoV-2

utilizado para la detección de virus, de manera

Es un ensayo in vitro específico basado en los

eficiente, fácil, sensible, rápido, cuantificable y

sistemas CRISPR-Cas12 y CRISPR-Cas13, que

específico. La metodología se basa en combinar

poseen actividad contra ssADN y ARN,

la RT-LAMP con la capacidad de detección

respectivamente. El ensayo es ampliamente

específica del sistema CRISPR-Cas12 en 75

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

menos de 1 h y requiere de equipo sencillo. El

detecta los componentes moleculares del virus

biosensor es fácil de usar, ya que utiliza una

como los genes: E, N y RdRp, a partir de una

reacción colorimétrica inmunocromatográfica

extracción de ARN convencional, el cual es

de flujo lateral que hace que los resultados del

convertido

ensayo sean fáciles de evaluar y aplicables a

isotérmicamente. Posteriormente, la enzima

gran escala. Igualmente, busca cumplir con las

Cas12 interactúa con el amplificado y corta un

características de un biosensor BPC, con la

reportero de ssADN para desprender un

finalidad de disminuir los casos de infección,

fluoróforo, cuya señal se visualiza y cuantifica

mediante la detección temprana de portadores

mediante un lector fluorescente o una tira de

del virus. Finalmente, la metodología ha sido

flujo lateral y necesita de poco equipo para

validada utilizando ARN obtenido de muestras

ejecutar

de pacientes COVID-19 positivos, lo que

componentes moleculares del virus en muestras

permite aislarlos y ponerlos en cuarentena de

de pacientes enfermos. Además, de que no

manera efectiva, lo que limita la propagación

requiere de mucho tiempo para su elaboración,

del virus y por lo tanto ayuda a controlar la

debido a que se han identificado alrededor de

enfermedad del COVID-19 [76].

10 copias de amplificado del virus en 1 hora y

el

en

ADN

protocolo

y

para

amplificado

detectar

los

con alta sensibilidad [33]. En la figura 16, se La metodología DETECTR

representa el mecanismo de detección de los

El biosensor utiliza a la nucleasa Cas12 que es

componentes moleculares del SARS-CoV-2 del

una ADNsa guiada por ARN que corta

biosensor DETECTR.

indiscriminadamente ssADN al unirse a una secuencia diana. Esta característica ha sido

Tecnología STOP-COVID

utilizada

denominado

El biosensor se basa en la combinación de la

"DETECTR", que utiliza la activación de la

amplificación isotérmica por RT-LAMP y la

nucleasa Cas12a en combinación con la

plataforma de detección de CRISPR conocida

amplificación isotérmica para lograr una gran

como SHERLOCK (S ESPECÍFICOS High

cantidad de ADN sensible y específico de

Sensitivity Enzymatic Reporter UnLocking,

detección. Esta técnica se ha probado por

por sus siglas en inglés; reportero de

diferentes grupos de trabajo para detectar ARN

desbloqueo enzimático de alta sensibilidad S-

del SARS-CoV-2. El mecanismo de esta

específicos, en español), catalogada como una

tecnología se basa en que la proteína Cas12

metodología BPC. Esta prueba es sensible a la

por

el

método

76 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

detección del SARS-CoV-2, que es comparable

positivos y 5 negativos por medio de un estudio

con las pruebas de RT-qPCR, con un límite de

de 3 réplicas. El objetivo de la implementación

detección de 100 copias de material genético

del

amplificado. Que utiliza muestras de saliva de

significativamente

pacientes enfermos obtenidas por medio de

monitoreo, rastreo y aislamiento de personas

hisopos nasofaríngeos. La prueba necesita de

infectadas con el SARS-CoV-2. Especialmente

una lectura de flujo lateral, que devuelve el

en entornos de bajos recursos, evitando peligros

resultado en 70 minutos, y finalmente se lee la

para la seguridad de la salud pública a largo

fluorescencia. La metodología ha sido validada

plazo y como consecuencia se facilite la

en

reapertura efectiva de la sociedad y la economía

varios

pacientes

con

COVID-19

diagnosticando correctamente a 12 pacientes

método

STOPCovid a

los

es

ayudar

esfuerzos

de

[8, 77].

Figura 16. Mecanismo del método DETECTR utilizado para identificar el SARS-CoV-2 en muestras de pacientes enfermos. Figura basada en [33]. Otras metodologías basadas en Cas12

amplificación de los componentes moleculares

Se reportan metodologías similares a las

del SARS-CoV-2, con una sensibilidad de

anteriormente descritas como: (i) El sistema

detección de hasta 20 copias, con alta

biosensor RT-LAMP/Cas12 cuyo efector es la

especificidad y de rápida detección en un

nucleasa Cas12a, utiliza la RT–LAMP para la

tiempo menor de 40 min a partir de una muestra 77

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

pretratada [30]. (ii) El sistema denominado

enzimático específico de alta sensibilidad

“All-In-One Dual CRISPR-Cas12a o AIOD-

(specific high-sensitivity enzymatic reporter

CRISPR biosensor”, es un biosensor rápido,

unlocking, por sus siglas en inglés; reportero de

ultrasensible, específico y los resultados son

desbloqueo enzimático específico de alta

detectados visualmente [78]. (iii) El sistema

sensibilidad, en español). Es una herramienta

CASdetec, cuyo efector es la Cas12b, este

portátil y ultrasensible basada en la plataforma

método utiliza un método de amplificación

CRISPR-Cas13 [30, 33]. La metodología

asistida por recombinasa con transcripción

combina la amplificación de ácidos nucleicos

inversa (RT-RAA), marcando las muestras con

por medio de la enzimología CRISPR-Cas para

fluorescencia,

una

el reconocimiento específico de secuencias de

sensibilidad de 1 ×104 copias/mL. Siendo

ADN o ARN blanco [79]. El amplificado

considerado un método de alta especificidad,

proveniente

los resultados se leen a simple vista en

contaminados con SARS-CoV-2 activa a la

aproximadamente 50 minutos a partir de una

enzima Cas13, que a su vez hidroliza el ARN

muestra pretratada. Y (iv) el sistema CRISPR-

reportero, liberando moléculas de fluorescencia

FDS, cuyo efector es la Cas12a, que utiliza un

para posteriormente cuantificar el producto [5,

método de amplificación de RT-RPA con una

30, 33].

sensibilidad de 5 copias de amplificado, que es

La ventaja del método es que detecta el ARN

detectado con alta especificidad y los resultados

del SARS-CoV-2 en un rango entre 10 y 100

también se observan a simple vista en un tiempo

copias por µL de reacción. Y para su uso solo

menor de 1 h a partir de una muestra pretratada.

se necesita de una lámina de flujo lateral para la

Con estos hallazgos se demuestra que el sistema

cuantificación y visualización del resultado de

Cas12 es uno de los más utilizados e

la detección de los componentes moleculares

investigados en el campo de los biosensores

del SARS-CoV-2. La prueba se puede

para detectar el SARS-CoV-2, debido a la

completar en 57 minutos después del paso de la

amplia gama de biosensores reportados [77].

extracción de ARN y posterior amplificación en

y

detectando

con

de

muestras

de

pacientes

base a los genes blanco para los cuales fueron Biosensores basados en Cas13 para la

diseñados los cebadores como ejemplo los

detección del SARS-CoV-2

genes S y el Orf1ab [5, 33, 77].

Tecnología SHERLOCK

Por otro lado, otros investigadores han

La plataforma, es conocida como un reportero

mejorado 78

Artículo de revisión

el

método

SHERLOCK

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

(denominándolo

"CRISPR-nCoV"),

ARN del SARS-CoV-2 a partir de pacientes

demostrado un 100% de sensibilidad en 52

enfermos. Los resultados del biosensor se

muestras de pacientes [20]. Sin embargo, estos

pueden visualizar con la lectura de la

enfoques son más complejos que los basados en

fluorescencia, lo cual reduce el riesgo de

otras pruebas de detección que dependen de un

contaminación ya que los tubos de reacción de

paso de extracción de ARN y múltiples pasos

amplificación permanecen sellados. Y los

de manipulación de líquidos que aumentan el

resultados se pueden interpretar visiblemente

riesgo de contaminación cruzada de las

por medio de tiras de papel mediante una

muestras [5]. En la figura 17, se observa la

aplicación de teléfono inteligente [80].

metodología

La metodología ha sido validada en 50 muestras

de

detección

del

biosensor

SHERLOCK/CRISPR-nCoV.

de

Una variación del biosensor conocida como

demostrando una sensibilidad del 90% y una

SHINE, es un hibrido de los métodos

especificidad del 100% en comparación con la

SHERLOCK y HUDSON. Es considerada una

RT-PCR con un tiempo de respuesta de 50

herramienta

minutos [80].

de

diagnóstico

sensible

y

pacientes

de

origen

nasofaríngeo

específica que en un solo paso puede detectar

Figura 17. Metodología del biosensor SHERLOCK/CRISPR-nCoV para la detección de los componentes moleculares del SARS-CoV-2. Imagen modificada de [5]. 79 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

Otra aplicación de la tecnología SHERLOCK

reportó otra variante del biosensor tipo BPC,

es la identificación de anticuerpos y antivirales

basada en el ensayo de flujo lateral CRISPR-

por medio de radiomarcado de moléculas. Lo

Cas13, para detectar los genes S y el Orf1ab,

cual es de importancia en la actual pandemia

con un límite de detección de 10–100 copias/μL

porque permite encontrar nuevos hallazgos que

de amplificado, con un tiempo de respuesta

son útiles para mitigar la enfermedad del

aproximado de 60 min. Este ensayo ha sido

COVID-19 [26].

autorizado por la FDA como respuesta a la actual

pandemia

[10].

Otros

sistemas

biosensores basados en CRISPR-Cas13 se han CRISPR-COVID

reportado con una combinación de tres

Este método permite detectar los componentes

componentes: 1) la amplificación isotérmica

moleculares del SARS-CoV-2 basándose en la

mediada por bucle (RT-LAMP) para detectar la

nucleasa Cas13a, es un ensayo que incluye amplificación

isotérmica.

También,

presencia de un gen correspondiente al SARS-

esta

CoV-2; 2) un dispositivo Arduino portátil que

metodología ha sido comparada con la secuenciación,

la

metagenómica

y

funciona con baterías que calientan la muestra

los

para permitir la amplificación del ADN y 3) la

resultados de RT-PCR. Encontrando que, el

visualización a simple vista de los resultados

método es rápido, sensible y requiere de poca instrumentación

en

comparación

[81].

con Otros estudios, reportan el uso de un lector de

secuenciación y metagenómica [2].

fluorescencia de bajo costo para la detección de A su vez, se ha reportado que la empresa

ácidos nucleicos por medio de Cas13a mediante

“Mammoth Biosciences” creo una tecnología

la transcripción in vitro. El sistema lector se

BPC con la intensión de detectar el SARS-

caracteriza porque es un detector de bolsillo que

CoV-2. Basándose en el CRISPR-Cas13,

cuesta menos de 15 dólares que es fácil de

detectando los genes E y N del virus, con un

fabricar y puede operar en entornos de bajos

límite detección de 70–300 copias/μL de

recursos.

amplificado y con un tiempo de respuesta

visualizados

en

tira

de

papel

construido

a

partir

de

componentes electrónicos estándar, incluido un

aproximado de 30 min. Los resultados pueden ser

Está

LED, una resistencia dependiente de la luz,

por

láminas de filtro y piezas impresas en 3D. El

metodología de flujo lateral [10].

biosensor alcanza un límite inferior de

También, la empresa “Sherlock Biosciences”

detección aproximado a 6.8 nM de fluoresceína, 80

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

que es suficiente para seguir las reacciones

biosensor DETECTR, basado en la detección

bioquímicas. A todos los ensayos se les da un

de ssADN denominado Cas14a-DETECTR.

seguimiento en papel de filtro, considerada una

Que permite la detección de polimorfismos de

arquitectura de detección plana que ha sido

un solo nucleótido de ADN de alta fidelidad sin

creada para mejorar la recolección de señales.

restricción

También, este método ha sido validado

Inspirándose

cuantificando la transcripción de ARN in vitro

investigadores han propuesto detectar personas

y detectando secuencias de ARN diana por

infectadas por ciertos virus de ADN por medio

medio de un ensayo de fluorescencia basado en

del biosensor. En la figura 18, se puede

Cas13a [82]. A su vez, el diseño del biosensor

observar la metodología empleada por el

presenta dos subunidades; una unidad de

biosensor, la cual amplifica ssADN por medio

detección y un cartucho de ensayo. El cartucho

de 3 técnicas (PCR, RT-PCR y RT-LAMP) y

de ensayo empareda una tira de papel de fibra

los resultados pueden ser leídos visualmente en

de vidrio que contiene la mezcla de reacción del

una tira de papel [30, 33, 77].

en

la en

detección este

del

estudio,

PAM. varios

sensor entre un juego de láminas de filtro de De igual modo, se ha combinado la inteligencia

color. Después del montaje, el cartucho se

artificial con las pruebas de diagnóstico

inserta en la unidad de detección, que

CRISPR-Cas, para construir un sistema de

proporciona luz azul como fuente de excitación

alarma de diagnóstico de patógenos (como los

y una fotorresistencia LDR se encarga de censar

virus) que sea rápido, preciso, portátil y fácil de

luz. Las mediciones se realizan mediante un

usar (Figura 19). También, se reportan los

microcontrolador conocido como “Arduino

biosensores BPC que se han probado en

Nano” por medio de un circuito electrónico

individuos

simple operado desde una computadora portátil

pertenecientes

a comunidades,

hospitales y centros de salud para detectar los

o tableta por medio del uso de un puerto USB

patógenos infecciosos específicos de forma

que proporciona 5 V y <1 W de potencia [82].

rápida y precisa. La lectura de los resultados puede ser detectada por un teléfono móvil por Metodología basada en Cas14 para la

medio de una aplicación, y los datos resultantes

detección del SARS-CoV-2

se pueden subir a una nube para su almacenamiento y procesamiento por medio de

Entre los sistemas biosensores Cas14a se encuentra

una

metodología

parecida

servicio 5G [30, 83].

al 81

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

Figura 18. Diagnóstico de patógenos mediante la detección de ácidos nucleicos mediante un corte en trans por medio del sistema activo CRISPR-Cas14a. Imagen modificada de [30].

Figura 19. Diagnóstico de patógenos y alarma que utiliza un sistema de detección CRISPR-Cas. Imagen modificada de [30, 83].

82 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

Por otro lado, en la era del Big Data,

y re-infectados por el virus. La mayoría de los

actualmente se reportan sistemas más refinados

estudios son un compendio que describen la

para la interpretación y alerta temprana de este

identificación del SARS-CoV-2 reportado por

tipo de resultados para hacer estadística e

edad y género. Para lo cual, se han reportado

informar sobre el estado de salud a gran escala

algunos estudios que permiten conocer el

[30, 83]. Por lo que, es posible actualizar datos

tamaño de muestra diferente con la intensión de

de

confirmar

diagnóstico

de

patógenos

y

hacer

las

metodologías

basadas

en

sugerencias para contrarrestar enfermedades

CRISPR-Cas comparándolas con la RT-PCR

relacionadas con pandemias. También, el

para validar la utilidad de las pruebas en el

sistema puede alertar tempranamente sobre la

diagnóstico de la enfermedad del COVID-19

cercanía de casos de personas infectadas por el

[12, 69, 78, 99- 112]. A continuación, se

virus para prevenir el riesgo de la propagación

describen algunas metodologías CRISPR-Cas

del COVID-19 [30, 83].

empleadas para diagnosticar infección por

En la tabla 1, se comparan todos los métodos

SARS-CoV-2 acompañadas de sus estudios

CRISPR-Cas utilizados para detectar el SARS-

epidemiológicos correspondientes.

CoV-2.

Como tal se han encontrado varios estudios que

Las

metodologías

CRISPR-Cas

fueron

emplean las metodologías CRISPR-Cas como

comparadas con los métodos de detección PCR,

ejemplo un estudio de 62 muestras de pacientes

RT-qPCR,

las

con posible infección por el SARS-CoV-2.

características principales de cada uno de los

Como resultado, se observó que 52 pacientes

métodos, destacando que CRISPR-Cas es una

fueron analizados divididos en 13 muestras

técnica de identificación de patógenos que es

obtenidas de un muestreo nasofaríngeo y 39

comparable con la RT-qPCR (estándar de oro

muestras liquidas obtenidas de un lavado

para la identificación del SARS-CoV-2) y

broncoalveolar los cuales fueron positivos a la

además, es una metodología rápida, sensible,

prueba de detección del virus. Lo anterior,

específica y portable en comparación con los

ayudo a diagnosticar la enfermedad del

métodos con que se compara [30, 84, 85].

COVID-19

RT-LAMP

encontrando

basándose

en

el

criterio

epidemiológico y clínico utilizando el método Diagnóstico del COVID-19

de detección CRISPR-Cas13 denominado

Las metodologías de CRISPR-Cas han sido

CRISPR-COVID, el cual fue comparable con

validadas en pacientes asintomáticos, enfermos

las pruebas de RT-qPCR. Los primers para 83

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

Tabla 1. Principales características de los métodos de detección del SARS-CoV-2. Método de detección

Función/ Característica del método

Amplificación (si/no)

Método de detección o (fluorescencia/color etc.)

PCR/RTqPCR

Reconocimiento de fragmento de secuencia especifica de los cebadores para N, E y RdRP

Si

Gel-UV/ELISA/Tiempo Real [86-89]

RT-LAMP

Múltiples cebadores (4 o 6) que reconocen 6 regiones del ADN blanco

Si

Cas3

Reconocimiento del PAM como 5′AAG

Si

Cas9

Reconocimiento del PAM 5’NGG, y 5’TGGTG ó 5’NAG

Si

Cas12

Reconocimiento del PAM corto dependiente de T, como: 5′-YTN-3 ′, 5′-TTN-3′ o 5′-TTTN-3

Si

AIODCRISPR*

Utiliza 2 rARN, una sola temperatura y no se transfiere a tubo

Si

LED/ UV [78]

Cas13

Corte lateral no específico

Si

Cas14

Solo se une a ssADN

Si

Rango de pacientes en los que se ha evaluado la metodología 55326507

Número de copias obtenidas

Costoso

Portable

102-105

Si

No [94, 95]

Gel/Turbidímetro/Tiempo Real/ Colorimétrica [90, 91]

955

109-1010

No

Si [91, 96]

Colorimétrica/Fluorescencia/Tiras reactivas [69, 92] Colorimétrica/Fluorescencia [46-48]

31

102

No

No hay datos mostrados

No hay datos mostrados

No

Gel-UV/Fluorescencia [30, 93]

500- 15000/uL

No

73

No hay datos mostrados [69, 92] No hay datos mostrados [46-48] No hay datos mostrados [77, 93]

8

No hay datos mostrados

No

SI [78, 102]

RT-qPCR/Fluorescencia [30, 82]

No 581

106

Fluorescencia/colorimétrica [62, 63]

No hay datos mostrados

No hay datos mostrados

No hay datos mostrados [82, 97, 98] Si [30, 62, 63]

*(All-In-One Dual CRISPR-Cas12a).

84 Artículo de revisión

No

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

detectar el SARS-CoV-2 fueron diseñados en

de la obtención de muestras de saliva, con la

base a los genes fueron el orf1ab, N y E, que

finalidad de obtener ARN y detectar muestras

fueron utilizados para validar y comparar las

positivas por medio de un ensayo de flujo

pruebas CRISP-Cas y RT-qPCR [12].

lateral, basado en inspección visual en una tira alta

de papel. La cual puede ser analizada en un

sensibilidad y especificidad a los componentes

teléfono inteligente con la intención de obtener

moleculares del virus por el método CRISPR-

resultados rápidos y detectando de 0-200 copias

COVID, encontrando que fue capaz de detectar

de

un 90.4% de casos positivos de individuos

semicuantitativos. Para validar los resultados,

infectados por SARS-CoV-2 con tiempos de

la metodología fue comparada por RT-qPCR

detección parecidos a los de una RT-PCR (1.5

encontrando en 102 muestras clínicas obtenidas

h), por ello es considerada como un método útil

de la saliva que 78 pacientes mostraron

y rápido de detección del virus [99].

resultados positivos y 24 pacientes fueron

Como

resultados,

se

reportó

una

combina

la

metodología

ambos

métodos

SARS-CoV-2 [101]. Además, se reporta una

Cas13 que ha sido aprobado por la FDA y se que

mediante

negativos analizando los genes RpdR, N, S del

Por otro lado, se reporta el método CARMEN-

sabe

ARN

metodología similar investigada por Fozouni y

de

cols., que utiliza un biosensor basado en Cas13a

microarreglos para diagnosticar la enfermedad

que puede detectar ARN viral en muestras

del COVID-19 en 169 humanos portadores del

nasofaríngeas de pacientes detectando el gen de

virus usando muestras clínicas de plasma,

la proteína N. Encontrando 5 pacientes

saliva orina y fluido nasal [100].

positivos con promedios de Ct de 14.37-22.13, El estudio de Azmi y cols., reportó el uso de una

identificando con un número de copias por µL

tecnología basada en Cas13a para la detección

en un rango de 105 a 103. Cuyos resultados se

del SARS-CoV-2. La tecnología ha sido

pueden fotografiar y detectar por una aplicación

denominada CASSPIT (Cas13 Assisted Saliva-

en un teléfono inteligente y una lampara de

bases and Smarthphine integrated testing, por

fluorescencia con un filtro de 488 nm [102].

sus siglas en inglés; Pruebas de saliva asistidas Mientras que, Joung y cols., compararon la

por la integración de teléfonos inteligentes, en

metodología SHERLOCK y STOP-COVID,

español) y se ha comparado con el método de

validando

detección SHERLOCK. Ambas metodologías

ambas

metodologías

con

12

pacientes a partir de muestras nasofaríngeas de

han sido creadas con la intensión de detectar

pacientes. Reportando que por la metodología

pacientes portadores del SARS-CoV-2 a partir 85

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

SHERLOCK se obtuvieron 11 pacientes

El método RADICA (Rapid Digital CRISPR

positivos y 1 negativo. Mientras que, se

Approach, por sus siglas en inglés; Enfoque

reportaron

por

rápido del CRISPR digital, por sus siglas en

metodología STOP-COVID encontrando que la

español) puede cuantificar los componentes

técnica es más sensible en la detección del virus

moleculares del SARS-CoV-2 a partir de

[103].

muestras

También, otros estudios de validación de

nasofaríngeas, orina y sangre. Encontrando

muestras

fueron

que, es una metodología más rápida que

evaluados por la metodología denominada RT-

SHERLOCK y DETECTER (ambas validadas

AIOD-CRISPR (all-In-One Dual CRISPR, por

desde inicios de la pandemia), es una técnica de

sus siglas en inglés; CRISPR doble todo en uno,

detección basada en la nucleasa Cas12a y está

en español), que utilizó un ensayo basado en la

diseñada para la búsqueda del gen N del SARS-

nucleasa Cas12. Detectando que, a partir de 28

CoV-2 [105].

muestras se obtuvieron resultados positivos al

El método Iscan, está basado en Cas12

gen N del SARS-CoV-2. Observando que

reportando estandarización en 5 pacientes

fueron reproducibles y que el virus fue

(obteniendo

fácilmente detectado a simples vista por la

negativos), detectando el gen N y E del SARS-

fluorescencia en tubos [78].

CoV-2 mediante RT-qPCR. Posteriormente, se

Por otro lado, se reportó la metodología

validó la metodología CRISP-Cas12 en 24

DETECTER basada en Cas12, la cual fue

pacientes a partir de muestras nasofaríngeas

comparada con RT-qPCR en 378 pacientes de

obteniendo 21 pruebas positivas y 3 pruebas

3 hospitales con una reproducibilidad de 95 %

negativas. Detectando los resultados mediante

y alta sensibilidad en comparación con la RT-

fluorescencia en tubos y a la par se detectaron

qPCR. Ambas metodologías reportaron el gen

bandas a simple vista mediante tira de papel por

N y E del SARS-CoV-2, encontrando 19

flujo lateral [106].

pacientes positivos; observando que 5 pacientes

También, se ha reportado un estudio escalable

presentaban altos valores de intensidad de

con una población de 26134 estudiantes y 5668

fluorescencia (10000 a 13500 AU) 2 de 9000

profesores. Encontrando que, algunos pacientes

AU, 4 aproximadas a 4000 AU y los 10

presentaron síntomas de COVID-19 como

pacientes restantes mostraron una intensidad de

fiebre, tos y dificultad para respirar. El estudio

fluorescencia menor a 1000 AU [104].

muestreo 1808 pacientes asintomáticos por

12

de

pacientes

pacientes

positivos

enfermos

86 Artículo de revisión

humanas

3

de

pacientes

heces

positivos

fecales,

y

2

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

medio del biosensor CREST basado en

fluorescent detection system, por sus siglas en

CRISPR-Cas13. Siendo el primer estudio

inglés; Sistema de detección fluorescente

reportado a gran escala en 2 periodos de tiempo,

basado en CRISPR, por sus siglas en español),

utilizando la prueba de RT-qPCR como un

está basado en la nucleasa Cas12a. Por este

control de la prueba CRISPR con la intensión

método se evaluaron muestras nasales de 29

de confirmar casos de personas infectadas por

pacientes, de los cuales 19 muestras fueron

SARS-CoV-2. Encontrando como resultado

positivos al gen N del SARS-CoV-2. Los

que en el primer periodo se reportaron 732

resultados fueron validados y comparados con

personas en una prueba de mayo a junio y para

RT-qPCR

el segundo periodo muestreado en el periodo de

polymerase amplification, por sus siglas en

28 de junio y 23 julio del 2020 se muestrearon

inglés; Amplificación mediante la polimerasa

1076 personas, encontrando 8 casos positivos a

recombinante,

partir de muestras nasofaríngeas obtenidas de

potencial para el diagnóstico del COVID-19 en

los estudiantes con promedio de edad de 21.7

pacientes enfermos y que esta metodología

años monitoreando el gen N del SARS-CoV-2

podría ser utilizado en clínicas pequeñas [109].

[107].

Otra metodología reportada es la basada en

Otro reporte abordó el método FELUDA

CRISPR-Cas3, que ha sido diseñada para

basado en Cas9 a partir de muestras obtenidas

detectar

de 49 pacientes en los que se detectó carga viral,

Encontrando, 10 casos positivos visualizados

mediante los valores de Ct por metodología RT-

mediante metodología de flujo lateral, la cual

qPCR para comparar con la metodología Cas9,

fue comparable con el método DETECTER

observando que ambas son metodologías con

[69].

alta reproducibilidad al buscar el gen N del

Asimismo, se reporta el uso de los biosensores

SARS-CoV-2

en

personas

basados en la nucleasa Cas10 nombrado

Evaluando

473

individuos

en

infectadas.

el

RT-RPA

en

gen

español),

N

del

(Recombinase

demostrando

SARS-CoV-2.

una

“CRISPR-Csm”, una metodología validada en

sensibilidad del 85.3% y especificidad del

muestras clínicas nasofaríngeas obtenidas de

96.7%,

falsos

pacientes enfermos. Con esta metodología se

negativos y 10 resultados falsos positivos con

analizaron 24 muestras, que fueron comparadas

encontrando

8

con

y

resultados 6

un rango de detección de 10 copias por µL de

y aprobadas por RT-qPCR y validadas por la

muestra [108].

metodología CRISPR, observando que 16

El

método CRISPR-FDS

muestras fueron positivas a la presencia del gen

(CRISPR-based 87

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

N del SARS-CoV-2. Los resultados se

utilidad debido a que permite identificar los

revelaron

de

resultados de las pruebas mediante inspección

cuantificación de fluorescencia (expresada en

visual debido a que es un hibrido entre

unidades

metodologías

mediante

de

fluorímetro

metodologías

fluorescencia) y

técnica

un

como

la

RT-LAMP,

la

colorimétrica

metodología de flujo lateral y la fluorescencia.

reportando resultados positivos. Observando

Sin embargo, se han encontrado pocos

coloración rosa en los tubos obtenidos a partir

pacientes positivos en los reportes encontrados

de la reacción de RT-LAMP demostrado la

en las bases de datos. Por lo que se requiere que

reproducibilidad de ambos experimentos [110].

existan estudios basados en personas enfermas

Finalmente, se reporta el uso del biosensor

donde

CRISPR-12a conocido como SENA (Specific

provenientes de pacientes provenientes de

Enhancer for detection of PCR-amplified

hospitales abarcando diferentes comunidades.

Nucleid Acids, por sus siglas en inglés;

Debido a que, las técnicas han sido aprobadas

Potenciador específico para la detección de

por la FDA para diagnosticar COVID-19,

ácidos nucleicos amplificados por PCR, en

deberían de existir más aplicaciones de los

español)

y

biosensores a gran escala ya que son de utilidad

asintomáticos. Para lo cual, se tomaron

como metodologías de punto de atención en la

muestras nasofaríngeas, orofaríngeas y de

actual pandemia y anteriormente han sido de

sangre de 139 pacientes encontrando; 2

utilidad en la detección de otros virus como el

resultados positivos, 123 resultados negativos y

zika, el dengue y la influenza [20, 22- 24, 112].

en

por

mediante

pacientes

recuperados

se

utilicen

muestras

grandes

12 sospechosos infectados por el virus. A su vez, la metodología fue comparada con la RT-

CONCLUSIONES

qPCR identificando los genes E y N,

La tecnología CRISPR-Cas ha surgido como un

demostrando que la metodología CRISPR es

método innovador para la detección rápida de

comparable con la RTqPCR [111].

ácidos nucleicos, esto forma una parte integral la

de las aplicaciones en el diagnóstico clínico por

para

medio de la biotecnología. Motivo por el cual,

diagnosticar pacientes portadores del SARS-

han surgido varios métodos de detección

CoV-2 a partir de muestras de grandes

alternativos basados en la plataforma de

poblaciones de pacientes y los resultados son

diagnóstico CRISPR-Cas, que combinan la pre-

comparables con la RT-qPCR. Además, es de

amplificación de ácidos nucleicos con la

En

resumen,

metodología

se

ha

observado

CRISPR-Cas

es

que

útil

88 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

enzimología

el

cuidado. Que, a su vez informarán las

reconocimiento específico de secuencias de

decisiones sobre estrategias de control de

ADN o ARN provenientes de patógenos como

enfermedades y ayudarán a manejar a los

los virus.

pacientes en los centros de salud.

Estas técnicas utilizan las múltiples variantes de

El CRISPR-Cas es una metodología que ha sido

las enzimas nucleasas; Cas3, Cas9, Cas12,

aprobada por la FDA, que es comparable con

Cas13 y Cas14. Las cuales se encuentran

los métodos convencionales de detección del

caracterizadas hasta la fecha, teniendo descritas

SARS-CoV-2 como la RT-qPCR. En general

las funciones moleculares y los dominios

todas las variantes de identificación CRISPR-

principales. Además, de que se ha encontrado

Cas son métodos rápidos de detección, cuyos

una gran utilidad del CRISPR-Cas en la edición

resultados se revelan en tubos y tiras de papel

de genomas, como métodos de diagnóstico

por medio del uso de fluoróforos que pueden ser

molecular rápidos del tipo BPC. Cuya función

observados a simple vista y cuantificados por

es detectar personas enfermas, contribuyendo a

un

los estudios epidemiológicos en la actual

sensibilidad debido a que detectan una baja

pandemia del COVID-19. Además de ayudar en

cantidad de copias de amplificado de algunos

el

portadoras

de los componentes moleculares del SARS-

asintomáticas (sin presentar síntomas) o

CoV-2 proveniente de muestras de pacientes

enfermas

con

enfermos. Otra característica importante es que

enfermedad leve o grave) y a la detección de

se consideran metodologías de detección que

posibles reinfecciones. También, los métodos

pueden ser aplicadas en un gran número de

de detección contribuyen a disminuir el tiempo

personas y son eficaces en la detección del

de estadía en hospitales, un mejor diagnóstico y

virus.

tratamiento de la enfermedad.

Finalmente, la tecnología CRISPR-Cas se ha

Por lo que, la metodología de detección basada

orientado al estudio de la identificación de

en CRISPR-Cas ha sido ampliamente utilizada

anticuerpos y antivirales en contra del

como un método de diagnóstico en personas

mecanismo de infección del SARS-CoV-2 y

infectadas por el SARS-CoV-2, que padecen de

para generar protección de la sociedad en

COVID-19. Destacando la necesidad de

general, con la finalidad de que a futuro la

pruebas que sean rápidas, precisas, económicas

enfermedad

y que se puedan implementar como punto de

controlada y, como consecuencia, el número de

monitoreo

de

CRISPR-Cas,

de

para

personas

COVID-19

(ya

sea

89 Artículo de revisión

fluorímetro.

del

También,

COVID-19

poseen

pueda

alta

ser

AyTBUAP 5(20):50-98 Escobar-Muciño et al., 2020

casos de muertes disminuya en todo el mundo.

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Revisión sobre la ocurrencia de triclosán en aguas subterráneas y tendencias tecnológicas para su remoción Alma Rosa Netzahuatl-Muñoz1* ID, Patricia Rodríguez-Cuamatzi1** ID. 1

Universidad Politécnica de Tlaxcala. Av. Universidad Politécnica No. 1, San Pedro Xalcaltzinco, Tepeyanco, Tlaxcala, México. CP 90180. Email autores corresponsales: *almarosa.netzahuatl@uptlax.edu.mx **patricia.rodriguez@uptlax.edu.mx Recibido: 18 octubre 2020. Aceptado: 13 diciembre 2020

RESUMEN Debido a la importancia como fuente de abastecimiento de agua potable, las aguas subterráneas deben garantizar seguridad en cuanto a su composición química. Sin embargo, en años recientes una gran cantidad de micro-contaminantes orgánicos tóxicos no regulados se han detectado en aguas subterráneas. El triclosán (TCS) es una sustancia desinfectante que debido a sus propiedades tóxicas y alta movilidad en el medio ambiente ha sido una molécula indicadora de procesos contaminantes de origen antropogénico. El análisis de estudios de monitoreo de contaminación de aguas subterráneas con triclosán muestra que su presencia en estas fuentes de agua potable se encuentra principalmente en zonas urbanas y en menor medida en zonas rurales. Y fundamentalmente, se debe a tres problemáticas: 1) la infiltración de aguas residuales domésticas sin tratamiento, 2) la infiltración de aguas residuales domésticas tratadas en cuyo tren de tratamiento no se contemplan operaciones avanzadas para la eliminación de micro-contaminantes orgánicos y 3) la infiltración de lixiviados provenientes de rellenos sanitarios. Las tecnologías más prometedoras para la remoción de triclosán de sistemas acuosos con bajo contenido de materia orgánica son: oxidación y oxidación avanzada, adsorción y biosorción, remoción metabólica microbiana, transformación enzimática y fitofiltración. La mayoría de los estudios para la remoción de triclosán se han realizado a nivel de laboratorio poniendo énfasis tanto en la eficiencia del proceso como en el mecanismo de remoción del contaminante, estos estudios son de gran importancia para el diseño de sistemas de tratamiento de aguas residuales y naturales. Palabras clave: aguas subterráneas, micro-contaminantes, tratamientos avanzados de aguas residuales, triclosán. 99 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

ABSTRACT According to the importance of a source of drinking water supply, groundwater must guarantee safety in terms of its chemical composition. However, in recent years a large amount of unregulated toxic organic micro-pollutants has been detected in groundwater. Triclosan (TCS) is a disinfectant substance and indicator molecule for anthropogenic origin polluting processes due to its toxic properties and high mobility in the environment. Studies of monitoring analysis for groundwater contamination with triclosan shows that its presence in drinking water sources is mainly found in urban areas and, to a lesser extent, in rural areas. The presence of TCS is fundamentally due to three problems: 1) infiltration of untreated domestic wastewater, 2) infiltration of treated domestic wastewater in where, treatment process does not include advanced operations to eliminate organic micro-pollutants, and 3) infiltration of leachate from sanitary landfills. The most promising technologies for triclosan removal from aqueous systems with low organic matter content are advanced oxidation and oxidation, adsorption and biosorption, microbial metabolic removal, enzymatic transformation, and phytofiltration. Many of the studies for triclosan removal have been carried out at the laboratory level emphasizing both the efficiency of the process and the pollutant removal mechanism, these studies are of great importance for the design of wastewater and natural water treatment systems. Keywords: groundwater, micropollutants, triclosan, wastewater advanced treatments. INTRODUCCIÓN

fuente de agua potable en diversas regiones del

El acceso al agua potable segura y limpia, así

mundo

como a los servicios de saneamiento es un

abastecimiento público (agua entregada por las

derecho humano esencial reconocido por la

redes de agua potable a usuarios domésticos y a

Organización de las Naciones Unidas en su

diversas industrias y servicios) proviene

resolución 64/292 del 2010 [1]. El agua segura

principalmente de fuentes subterráneas, su

para uso personal o doméstico se establece en

proporción en el volumen total concesionado

términos de la ausencia de microorganismos,

para este propósito fue del 58.4% en 2017 [4].

sustancias químicas y peligros radiológicos que

[3].

En

México

el

agua

para

Las aguas subterráneas tienen una calidad

constituyan una amenaza para la salud del ser

típicamente más

humano [2]. El agua subterránea constituye el

estable que las

aguas

superficiales por lo que se asumen como

97% del agua fresca global y es la principal

fuentes de agua potable segura que requieren 100

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

mínimo o nulo tratamiento para su uso [3]. Sin

como micro-contaminantes, incluyen fármacos

embargo, no todas las aguas subterráneas

para uso humano y veterinario, hormonas

pueden considerarse como seguras en cuanto a

sintéticas, desinfectantes, bloqueadores solares,

su composición química, algunas de ellas

fragancias,

contienen naturalmente compuestos tóxicos

plastificantes, retardantes de fuego entre otros

como el fluoruro, arsénico [5] o microcistina-

[10-13]. La concentración de la mayoría de

LR [6] y otras han sido contaminadas

estos contaminantes emergentes en agua

frecuentemente con hidrocarburos de petróleo,

potable no se encuentra regulada a nivel

compuestos clorados, pesticidas y metales

mundial a pesar de que numerosos estudios

pesados

actividades

evidencian su potencial daño a la salud humana

antropogénicas primordialmente agrícolas y

y a los ecosistemas debido a su alta movilidad,

extractivas [7]. Para los contaminantes más

persistencia y toxicidad [8, 14-18]. La Unión

tóxicos

emitido

Europea (UE) es una de las regiones del planeta

normatividades, que limitan su concentración

que ha mostrado mayor inquietud sobre la

en el agua potable a niveles considerados como

presencia

seguros [8]. Por ejemplo, las características de

emergentes en sus fuentes de agua potable. En

calidad del agua para uso y consumo humano

este sentido, la UE ha emitido recientemente

en México se establecen en la modificación a la

listas de vigilancia de micro-contaminantes

norma oficial mexicana nom-127-ssa1-1994

indicadores que le permita producir datos de

del

para

seguimiento de alta calidad para evaluar los

contaminantes “tradicionales” entre los que

riesgos, principalmente a la salud humana y

destacan: arsénico, cadmio, plomo, mercurio,

animal, que plantea la presencia de estos

fluoruro, benceno, tolueno, etilbenceno, xileno,

contaminantes en aguas superficiales. La lista

aldrín, dieldrín, clordano y metoxicloro [9].

de vigilancia 2 publicada en 2018 contempla el

En los últimos años se ha detectado que cientos

monitoreo de nueve sustancias entre fármacos,

de

hormonas y pesticidas [19].

provenientes

y

2000

persistentes

e

agropecuarias,

se

incluye

compuestos

comúnmente

de

en

han

parámetros

drogas

de

orgánicos,

empleados

actividades

domésticas,

El

del

diclorofenoxi)

industriales

y

sector

triclosán

ilícitas,

contaminantes

(TCS) fenol]

aditivos

orgánicos

[5-cloro-2-(2,4es

un

agente

servicios, han contaminado fuentes de agua

antimicrobiano de amplio espectro empleado en

potable en concentraciones que van de ng L-1 a

entornos clínicos y en la formulación de una

µg L-1; estos compuestos, también conocidos

gran variedad de productos de cuidado personal

101 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

como dentífricos, enjuagues bucales, jabones

Además, durante su transformación en el

líquidos y en barra, talcos desodorantes,

ambiente pueden ser generados sub-productos

maquillajes y toallitas húmedas [20-22], su

más tóxicos y/o persistentes que el TCS, en la

estructura química se presenta en la figura 1. Se

figura 1 se muestran las estructuras de dos de

ha reportado que su presencia en el ambiente se

los

debe principalmente a la descarga de aguas

preocupación: el 2,4-diclorofenol (2,4-DCP) y

residuales

2,8-diclorodibenzo-p-dioxina

domésticas

sin

tratamiento

o

compuestos

de

mayor

motivo

de

(2,8-Cl2DD)

parcialmente tratadas y al empleo de sólidos

[32]. El 2,4-diclorofenol ha mostrado efectos

estabilizados ricos en nutrientes provenientes

tóxicos en diversos sistemas biológicos como

de las plantas de tratamiento de aguas

aberraciones

residuales, llamados comúnmente biosólidos,

germinales de ratón, estrés oxidativo en

en la agricultura [23]. El TCS es una sustancia

eritrocitos humanos, daño en la función

que se dispersa fácilmente en el ambiente, se ha

hepática de peces y disrupción endócrina en pez

detectado contaminando aguas superficiales,

cebra y células H295R [33, 34]. El 2,8-

suelos agrícolas, sedimentos de ríos, aguas

diclorobenzo-p-dioxina es parte de una familia

subterráneas y zonas costeras [22-25]; siendo

de contaminantes orgánicos persistentes, los

un contaminante no regulado en la mayor parte

policlorodibenzo-p-dioxinas

del

puede

dibenzofuranos (PCDD/Fs) que comprende 210

bioacumularse, es decir puede ser tomado del

congéneres, siendo los miembros más tóxicos

ambiente contaminado y concentrarse en el

aquellos con cloro en posiciones 2, 3, 7, 8 [35].

tejido de seres vivos, particularmente en algas,

La Agencia de Protección Ambiental de los

plantas acuáticas y peces, además es tóxico para

Estados Unidos de América considera que hay

múltiples plantas, bacterias, animales acuáticos

evidencia suficiente para considerar a los

y terrestres [27, 28]. En líneas celulares

PCDD/Fs carcinogénicos en animales [36]. En

humanas el TCS provoca androgenicidad,

el humano los estudios epidemiológicos de

estrogenicidad, daño en membrana celular,

personas expuestas accidentalmente a los

acidosis metabólica, pérdida del potencial

PCDD/Fs sugieren un incremento en la

mitocondrial transmembranal y necrosis [23,

incidencia y mortalidad de diferentes tipos de

29]. Hay indicios de que en infantes causa

cáncer, principalmente del sistema digestivo,

desequilibrio en el nivel de hormonas tiroideas

pulmón, tejido conectivo, páncreas, tracto

[30] y problemas de comportamiento [31].

respiratorio y mieloma múltiple [37].

mundo

[26].

El

triclosán

102 Artículo de revisión

cromosómicas

en

y

células

policloro-

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

Figura 1. Estructuras moleculares del TCS y subproductos frecuentes de su transformación y/o degradación química.

Con el fin de proteger al ser humano y los

aguas residuales que los contienen y garantizar

ecosistemas de los daños potenciales que

su eliminación de las fuentes de agua potable ya

provocan los contaminantes emergentes se

contaminadas.

deben realizar tratamientos más rigurosos a las

fisicoquímicas

103 Artículo de revisión

Entre y

las

biológicas

tecnologías con

mayor

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

potencial para la remoción de antibióticos,

[43]. Es importante destacar que estudios

analgésicos, hormonas y otros contaminantes

realizados en diferentes regiones de un país o

emergentes de sistemas acuosos se encuentran

continente pueden mostrar incidencia de

operaciones de filtración con membranas,

contaminación de aguas subterráneas de TCS

oxidación avanzada, adsorción, biosorción y

muy diferente debido a las condiciones

biodegradación [16, 38-41].

específicas de la zona analizada. La presencia

En este trabajo se recopila información sobre

de TCS fue indetectable en algunas regiones de

los reportes de contaminación de aguas

República de Corea [44], Inglaterra, Francia

subterráneas con triclosán alrededor del mundo

[45, 46], Australia [47], España [48] y Austria

con la finalidad de conocer la magnitud de este

[49]. Las regiones del mundo con reportes de

problema, además se expone la tendencia en

agua subterránea contaminada con TCS se

investigación sobre las tecnologías utilizadas en

muestran en la tabla 1. Los estudios muestran

la eliminación de TCS de sistemas acuosos con

que

bajo contenido de materia orgánica.

principalmente zonas urbanas y suburbanas del

la

contaminación

de

TCS

afecta

planeta como se reportó en Zambia [50], CONTAMINACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS CON TRICLOSÁN

Estados Unidos de América [51], México [52,

El monitoreo de aguas subterráneas con el

60], sin embargo, zonas rurales y agrícolas

objetivo

micro-

también han sido contaminadas con TCS como

contaminantes ha cobrado interés en la última

se detalla en los estudios realizados por

década y diversos artículos científicos han sido

Montagner y col. [61] en Brasil y Lee y col. [62]

publicados con información sobre la incidencia

en República de Corea.

de diferentes contaminantes emergentes en

En cuanto a las fuentes de contaminación de

diferentes partes del mundo, los monitoreos en

triclosán en aguas subterráneas los autores de

ocasiones pueden abarcar zonas extensas de un

los estudios realizados en Texas [51], Suecia

país o continente pero la mayoría se lleva a cabo

[57], Cuenca del Río Dongjiang [54] y Tula

en zonas específicas [42]. El TCS es uno de los

[52]

compuestos orgánicos que frecuentemente se

desinfectante se debió a su cercanía con zonas

incluye en estos reportes, considerándolo como

de infiltración de aguas residuales domésticas

un indicador de la contaminación de aguas

sin tratamiento o con tratamientos que no

subterráneas con aguas residuales domésticas

incluyen operaciones avanzadas para

específico

de

detectar

53], China [54, 55], India [56] y Europa [57-

104 Artículo de revisión

concluyen

que

la

presencia

del

la

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

Tabla 1. Aguas subterráneas contaminadas con TCS Región

Kabwe, Zambia Tiempo húmedo Tiempo seco Texas, Estados Unidos de América Tula, Hidalgo, México Tiempo húmedo Tiempo seco

Frecuencia de detección (%)

Concentración máxima (ng L-1)

15 15 45

0.02 0.03 53

11 44 29

2.4 23 345

10

84

4

1.67

100

39.9

55

30.9

India

7

10.2

Polonia

39

210

-

2110

Suecia: Storlien Ånn (Å-GW1) Ånn (Å-GWR) Milán, Italia

90 60 40 13

18 7.1 6.1 42.6

Europa

2

Ciudad de México, México Campinas, Brasil

Chungcheong, República de Corea Guangzhou en el delta del río de las Perlas, China Cuenca del río Dongjiang

Reino Unido

9

Observaciones sobre origen de muestras de agua

Referencia

Fuentes de agua potable

[50]

Zonas inmediatas a sitio de aplicación de aguas residuales municipales tratadas Manantiales, pozos artesianos y municipales cercanos a canales de aguas residuales

[51]

Fuentes de agua potable de la Ciudad de México Acuíferos de Guarani y Bauru y pozos para suministro público del área rural de Campinas Área rural agrícola

[53]

Pozos cercanos a dos rellenos sanitarios Presencia asociada a contaminación con aguas residuales domésticas Sitios localizados a menos de 5 km de distancia del Río Ganges Sitios subyacentes a rellenos sanitarios Monitoreo de contaminantes orgánicos de la agencia ambiental del Reino Unido Sitios contiguos y subyacentes a instalaciones de sistemas de infiltración de aguas residuales domésticas Fuentes de agua potable, profundidad entre 1 y 19 m Fuentes de agua potable en 23 países

[54]

[52]

[61]

[62]

[55]

[56] [57] [15]

[58]

[59] [60]

eliminación de concentraciones traza de

fuente importante de la entrada de TCS al

compuestos orgánicos. Hay que resaltar que se

ambiente es la infiltración de lixiviados

ha considerado esta vía como una de las

provenientes de rellenos sanitarios como quedó

principales fuentes de contaminación de aguas

demostrado en el análisis de aguas subterráneas

subterráneas

micro-contaminantes

cercanas a instalaciones reglamentadas en

alrededor del mundo. Adicionalmente una

Guangzhou y Polonia llevados a cabo por Peng

con

105 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

y col. [54] y Kapelewska y col. [57]

hay infiltración de aguas residuales y lixiviados

respectivamente. La movilidad del TCS en el

provenientes de rellenos sanitarios son muy

ambiente se puso de manifiesto en la

susceptibles de contaminación.

investigación realizada en la India, donde se reportó que el río Ganges pudo ser la principal fuente de contaminación del agua subterránea en poblaciones situadas a menos de 5 km de distancia de esta importante corriente de agua superficial [56].

En los últimos años, la eliminación de contaminantes traza de las aguas residuales y

Si bien la concentración de triclosán en fuentes de agua potable no se encuentra regulada es significativo que se presenten casos de agua subterránea

TECNOLOGÍAS PARA LA ELIMINACIÓN DE TRICLOSÁN DE SISTEMAS ACUOSOS CON BAJO CONTENIDO DE MATERIA ORGÁNICA

conteniendo

concentraciones

naturales se ha establecido como uno de los objetivos más importantes en el área de tecnología

ambiental.

Las

plantas

de

tratamiento de aguas residuales se componen de

-1

superiores a 100 ng L del contaminante, esta situación se reportó en muestras de Reino Unido [15], Ciudad de México [53] y Polonia [57] con valores de 2110, 345 y 210 ng L-1 respectivamente.

Los

valores

de

TCS

detectados en sitios inspeccionados de Texas [51], Tula (temporada seca) [52], Campinas [61], Guangzhou [54], India [55], Storlien [56] y Milán [59] se encontraron entre 10 y 84 ng L-1, mientras que, en las regiones monitoreadas en Kabwe [50], Tula (temporada húmeda) [52], Chungcheon [62], Ånn [58] y Europa [60], los valores reportados en el agua subterránea fueron inferiores a 10 ng L-1.

etapas

subsecuentes

conocidas

como

tratamiento primario, secundario y terciario. El tratamiento primario tiene como objetivo la remoción

de

una

porción

de

sólidos

suspendidos de las aguas residuales empleando operaciones como cribado, sedimentación y flotación. El tratamiento secundario tiene como propósito eliminar materia orgánica fácilmente biodegradable

y

sólidos

empleando

procesos

en

suspensión

biológicos

y

ocasionalmente fisicoquímicos. El tratamiento terciario incorpora tradicionalmente unidades para la eliminación de sólidos suspendidos remanentes, nutrientes (nitrógeno y fósforo) y

Con base a estos resultados es evidente que la contaminación de aguas subterráneas con TCS se encuentra ampliamente extendida alrededor del mundo. Enfatizando que los sitios donde

el proceso de desinfección. Se reconoce que las etapas no son estrictas por lo que es común que el tratamiento secundario se diseñe para incluir la remoción de nutrientes y el proceso de

106 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

desinfección [63].

y

Las aguas residuales pueden cumplir con los

aceptación social.

estándares de calidad establecidos para su

Diversos grupos de investigación alrededor del

descarga si son tratadas en sistemas que

mundo han empleado diferentes métodos para

incluyen etapa primaria, secundaria y un

la eliminación de triclosán de sistemas acuosos

proceso de desinfección. Sin embargo, los

con bajo contenido de materia orgánica,

micro-contaminantes

son

característica que puede encontrarse tanto en

removidos eficientemente en las operaciones

efluentes de tratamiento secundario de aguas

comprendidas en estas fases de tratamiento por

residuales como en aguas superficiales y

lo que la integración de una etapa terciaria que

subterráneas contaminadas. La tendencia de

incluya procesos avanzados de tratamiento es

investigación de los últimos seis años sobre

indispensable para eliminar eficientemente

tecnologías avanzados para la remoción de TCS

contaminantes emergentes como el triclosán

se agrupa dentro de cinco líneas principales: 1)

[64-66]. En general, los tratamientos avanzados

oxidación y oxidación avanzada, 2) adsorción y

se emplean cuando las aguas residuales tratadas

biosorción,

van a ser reusadas y deben cumplir con

microbiana, 4) transformación enzimática y 5)

requerimientos estrictos sobre compuestos

fitofiltración. En las siguientes secciones se

orgánicos refractarios, metales pesados, sólidos

presentarán

disueltos inorgánicos [63] y recientemente

sobresalientes de cada una de estas tecnologías,

micro-contaminantes

orgánicos

3)

las

4)

rentabilidad

remoción

y

5)

metabólica

características

más

[67].

Las

además se analizarán los reportes científicos

se

han

sobre las eficiencias de remoción de TCS

implementado a gran escala emplean energía e

alcanzadas y los mecanismos de remoción

insumos de forma intensiva originando costos

identificados.

tecnologías

orgánicos

no

mantenimiento,

avanzadas

que

de operación y mantenimiento elevados. Para Bui y col. [68] la evaluación de tecnologías

Oxidación y oxidación avanzada

avanzadas para la remoción de micro-

En la tabla 2 se presentan los estudios

contaminantes de aguas residuales debe incluir

realizados para la remoción de TCS de aguas

los

de

residuales empleando técnicas de oxidación y

del

oxidación avanzada. El uso de agentes

tratamiento y mecanismos de remoción, 2) bajo

oxidantes en el tratamiento de aguas residuales

impacto ambiental, 3) simplicidad en operación

y en la potabilización de agua ha tenido como

siguientes

contaminantes

criterios: tratados,

1)

gama

eficiencia

107 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

Tabla 2. Remoción de TCS por oxidación y oxidación avanzada Agente oxidante

Agua tratada/ Características del sistema

Ozono

Agua superficial + TCS

Permanganato de potasio

[TCS]0=1 mg L-1, θ=20-30 min, pH=6.0-10.0, [Ozono]0=5 mg L-1 Agua contaminada sintéticamente

Dióxido de cloro

[TCS]0=20 mg L-1, [TCS]0/KMnO4=1/1.25, θ=120 s, pH=8.0, T=25°C Agua contaminada sintéticamente

100

[32]

[TCS]0=600 µg L-1, [ClO2]0=1 mg/L, pH=6.8-7.01 Agua contaminada sintéticamente

100

[77]

[TCS]0=10 mg L-1, θ=1.5 h, pH=10 Reactor con lámpara de vapor de mercurio de 125 W con emisión de 200 a 300 nm Agua contaminada sintéticamente

99.72

[78]

[TCS]0=31.8mg L-1, θ= 4 h, pH=6.5, [TiO2]=200 mg/L Reactor fotocatalítico UV Agua contaminada sintéticamente

45

[79]

[TCS]0=8 mg L-1, θ=3 h Reactor con lámpara de halógeno 388 mW cm-2 Agua contaminada sintéticamente

100

[80]

[TCS]0=0.01 mM, θ=2 h, pH=8.72, [HCO3-]=2.0 mM Cu2+/H2O2-HCO3Agua subterránea + TCS

90

[81]

[TCS]0=0.031 mM, θ=43 s, pH=8.5, [K2S2O8]0=0.155 mM [TCS]0=2.5 mg L-1, θ=43 s

50

[82]

75

[83]

[TCS]0=0.041 mM, θ=6 min, pH=7.2, T=25°C, [SBC]=1 g L-1 Agua contaminada sintéticamente

92

[84]

[TCS]0=1 mg L-1, H2SO4=0.16 g/L, θ =15 min Electrodos de Niobio cubiertos con una capa conductiva de diamante Agua contaminada sintéticamente

24

[85]

Fotocatálisis empleando ZnO inmovilizado en alginato como catalizador Fotocatálisis asistida vía TiO2

Fotocatálisis con ZnO nanoestructurado y óxido de grafeno Cobre(II) catalizada por reacciones tipo Fenton

Persulfato activado térmicamente Fotólisis V-UV/UV-C

Peroximonosulfato activado con biocarbón derivado de lodo biológico Reacción electroquímica combinada con cavitación acústica Plasma de descarga de barrera dieléctrica combinada con fibras de carbón activado

Proceso combinado usando lámparas de Hg de baja presión a longitudes de onda de 254 y 185 nm Efluente de tratamiento secundario de aguas residuales

[TCS]0=10 mg L-1, θ=18 min, flujo=45 mL min-1 Reactor generador de plasma planar de descarga de barrera dieléctrica (80 W de energía)

108 Artículo de revisión

Eficiencia de remoción (%) 100

Referencia [70]

[71]

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

principal

objetivo

la

eliminación

de

un agente oxidante eficaz para la eliminación de

microorganismos patógenos. No obstante,

TCS de sistemas acuosos.

durante los procesos de desinfección con cloro

Analizando el efecto de otro tipo de agentes

y ozono se ha observado una gran eficiencia en

oxidantes para el tratamiento de aguas como el

la remoción de contaminantes orgánicos

dióxido de cloro (ClO2), Li y col. [32] reportan

emergentes. Sin embargo, los mecanismos de

que es un proceso rápido y efectivo para la

remoción no son bien conocidos y pueden

eliminación de TCS. Sin embargo, se observó

contribuir a la formación de sub-productos

la formación de subproductos tales como el

indeseables con propiedades altamente tóxicas

2,4,6-TCP (2,4,6-Triclorofenol), tetraclosán,

[69] Por ejemplo, el estudio realizado para la

pentaclosán,

eliminación de TCS realizado por Orhon y col.

diclorodibenzo-p-dioxina (2,7-Cl2DD) y 2,8-

[70], utilizando ozono como agente oxidante,

diclorodibenzo-p-dioxina (Figura 1). Todos

reportó

estos subproductos se consideran tóxicos,

la

eliminación

del

100%

del

2,4-diclorofenol,

contaminante en 20 minutos de tiempo de

particularmente

contacto. Sin embargo, durante este proceso se

congéneres pertenecientes a la familia de los

encontró la formación de intermediarios como

PCDD/Fs. El mecanismo de degradación

el 4- clorocatecol y el compuesto tóxico 2,4-

implicado en la formación de estos compuestos,

diclorofenol.

son el cierre del anillo fenólico, cloración del

La eliminación de TCS por la acción de

anillo fenólico y escisión del enlace éter.

permanganato de potasio (KMnO4) como

El diseño de tecnologías de oxidación avanzada

agente oxidante fue reportada por Chen y col.

tiene

[71], con este proceso se alcanzó el 95% de

membranas y arcillas en sistemas de filtración

eficiencia de remoción de TCS después de 60

y ultrafiltración, estos materiales promueven la

minutos de reacción. Entre los subproductos

retención de contaminantes debido a la

formados fueron identificados el fenol y la 1,4-

presencia de óxidos metálicos dentro de sus

benzoquinona,

estructuras.

compuestos

que

por

su

como

2,7-Cl2DD

antecedente

Los

procesos

y

2,7-

el

2,8-Cl2DD

empleo

de

de

oxidación

estructura aromática presentan cierto grado de

avanzada presentan altas velocidades de

toxicidad, en el estudio no se reportó si el

eliminación de contaminantes y dependen de la

tratamiento logró la disminución de la toxicidad

generación de radicales in-situ altamente

del agua contaminada. Aun así, los autores

reactivos principalmente hidroxilo (•OH) e

concluyen que el KMnO4 puede utilizarse como

hidroperoxilo (•OOH). La generación de los

109 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

radicales se ve favorecida por la energía solar,

reacción y 4) remoción de los productos de

agentes químicos u otras formas de energía

reacción de la superficie del fotocatalizador

[72].

[75].

Una de las técnicas de oxidación avanzada más

El proceso de fotocatálisis para la eliminación

ampliamente usada en la eliminación de

de TCS ha permitido a los investigadores

contaminantes orgánicos es la fotocatálisis, en

obtener eficiencias altas de eliminación de

esta se emplean óxidos metálicos que actúan

TCS. En los estudios de Kosera y col. [77] y

como fotocatalizadores haciendo posibles

Constantin y col. [78] se emplearon óxidos

reacciones que requieren suministro de energía

metálicos como fotocatalizadores, en el primer

(ΔG>0). Los radicales producidos durante la

caso óxido de zinc (ZnO) inmovilizado en

fotocatálisis, tanto hidroxilo como superóxido

alginato, en el segundo óxido de titanio (TiO2),

(O2•-) son capaces de oxidar la materia orgánica

en ambos estudios se reportaron remociones

a CO2 y H2O. La oxidación del radical hidroxilo

superiores a 99% de TCS por un mecanismo de

es no selectiva y se da por ataque a los enlaces

degradación

C-H lo que da paso a una serie de reacciones

empleando radiación de la región UV. En otro

radicalarias [73], esta propiedad lo hace muy

estudio, el uso de ZnO en combinación con

tóxico a los seres vivos por lo que se ha

óxido de grafeno nanoestructurado permitió la

aprovechado para estudiar las reacciones

remoción del 45% del desinfectante a través de

fotocatalíticas como procesos de desinfección.

un mecanismo de adsorción y degradación [79].

Las aplicaciones de la fotocatálisis en la

Estas técnicas de remoción de componentes

remoción de contaminantes se encuentran

tóxicos se plantean como alternativas más

descritas ampliamente en los trabajos de

sostenibles porque reducen las cantidades de

revisión realizados por Byrne y col. [74],

energía para su aplicación y su efectividad.

Rueda-Marquez y col. [75] y Yu y col., [76]. Se

Además, no inducen la formación de especies

ha establecido que los pasos que ocurren

tóxicas como intermediarios del proceso de

durante el proceso de fotocatálisis son los

oxidación.

siguientes: 1) transferencia del contaminante a

Otros procesos de oxidación estudiados para la

la superficie del fotocatalizador, 2) adsorción

remoción de TCS que han mostrado resultados

de contaminantes en la superficie, 3) activación

prometedores incluyen el uso de Cu(II)

fotónica y descomposición de las moléculas

catalizada por reacciones tipo Fenton [80] y de

adsorbidas, 4) desorción de los productos de

persulfato activado térmicamente [81] ya que

110 Artículo de revisión

parcial

y

mineralización

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

además de alcanzar altos porcentajes de

reportada (24%) se encontró en el estudio

remoción, superiores a 90%, en ambos estudios

empleando plasma de descarga de barrera

se demostró la detoxificación del agua tratada.

dieléctrica combinada con fibras de carbón

En cuanto a los mecanismos reportados, el

activado, el mecanismo de remoción del

empleo de Cu(II) catalizada por reacciones tipo

desinfectante incluyó su degradación parcial y

Fenton transformó el TCS a través del

mineralización [85].

rompimiento del enlace éter, hidroxilación y

La alta velocidad de eliminación del TCS es una

polimerización, en cambio en el trabajo

de las principales características favorables de

empleando persulfato activado térmicamente se

las técnicas de oxidación y oxidación avanzada.

comprobó un proceso de degradación que

Entre sus principales y más preocupantes

culminó en la mineralización del contaminante.

desventajas es la formación de subproductos

El empleo de un proceso combinado de fotólisis

tóxicos cuando se emplean agentes oxidantes

V-UV/UV-C redujo la concentración de TCS

comunes como ozono, KMnO4 y dióxido de

en 50% en tan solo 43 segundos, sin embargo,

cloro. Una de las técnicas de oxidación

no se descartó la formación de compuestos

avanzada más prometedoras es la fotocatálisis

tóxicos durante el tratamiento [82]. El

asistida vía ZnO y TiO2 ya que bajo ciertas

peroximonosulfato

condiciones

de

potasio

(KHSO5)

puede

alcanzarse

la

rápida

activado con biocarbón derivado de lodo

mineralización del TCS sin la generación de

biológico, biomasa generada como subproducto

subproductos

del tratamiento biológico de un sistema de

fotocatálisis se encuentra en plena etapa de

saneamiento de aguas municipales situada en

desarrollo y estudios adicionales deberán

Beijing, fue empleado por Wang y Wang [83]

demostrar la seguridad y eficiencia del proceso

en la eliminación de TCS del efluente de un

en el tratamiento de aguas contaminadas reales,

tratamiento de aguas residuales, obteniéndose

además por el momento esta tecnología tiene

una remoción del 75% del contaminante en 6

como principal desventaja su alto costo de

minutos a través de reacciones de decloración e

inversión

hidroxilación.

obtención del óxido metálico y la fuente de

Una técnica electroquímica combinada con

radiación [75].

tóxicos.

asociado

La

tecnología

principalmente

a

de

la

cavitación acústica fue ensayada por Ren y col. [84] alcanzándose una eliminación del 92 % del

Adsorción y biosorción

TCS inicial. La remoción más baja de TCS

La eliminación de compuestos orgánicos de sistemas acuosos a través de operaciones que

111 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

involucran fenómenos de superficie ha sido una

útil en la remoción de compuestos orgánicos

de las tecnologías más empleadas en el

recalcitrantes [88, 89] como fármacos y

tratamiento avanzado de aguas residuales y

moléculas que forman parte de productos de

potabilización de aguas naturales [40]. La

cuidado personal [90, 91]. La biosorción de

adsorción en el área ambiental involucra el uso

contaminantes es una tecnología prometedora

de materiales con capacidad de inmovilizar

principalmente debido al bajo costo de los

sustancias que se encuentran contaminando

materiales que se emplean, entre ellos, biomasa

medios líquidos o gaseosos a través de diversos

de bacterias, hongos, algas, así como residuos

mecanismos.

agrícolas, forestales y pesqueros [92].

El

carbón

activado

es

el

adsorbente más empleado a nivel mundial y es

Tanto la adsorción como la biosorción son

un material carbonoso poroso con área

operaciones

superficial específica alta, distribución de

separación de compuestos traza de naturaleza

tamaño de poro amplia y alto grado de

orgánica

reactividad superficial [86]. El carbón activado

adsorbente o biosorbente presenta gran afinidad

se obtiene esencialmente a partir de la

por la molécula contaminante, alta capacidad de

carbonización y posterior activación de madera,

adsorción

carbón mineral (hulla y lignito), cáscara de coco

formación de lechos porosos y alta resistencia

y turba [87], otras materias primas han sido

mecánica, lo que permite una operación

utilizadas a menor escala. La obtención del

continua en sistemas de columnas empacadas

carbón activado tiene costos elevados, por este

[39, 93]. En esta sección se incluyen los

motivo, materiales adsorbentes de bajo costo se

reportes de investigación recientes sobre la

han estudiado en la remoción de contaminantes,

remoción de TCS de sistemas acuosos

si el material empleado es de origen biológico

empleando

recibe el nombre de biosorbente y la técnica

biosorbentes (Tabla 3).

biosorción.

La investigación reciente sobre adsorción con

La biosorción puede definirse como el uso de

carbón activado se ha centrado principalmente

materiales biológicos muertos o no activos

en la obtención de materiales más eficientes

como adsorbentes, su uso ha sido muy exitoso

probando

en la remoción de metales y metaloides tóxicos

modificando

de sistemas acuosos, pero en años recientes se

funcionales de su superficie y desarrollando

ha comprobado que esta tecnología también es

carbón activado nanoestructurado. Por ejemplo,

112 Artículo de revisión

con

alto

potencial

particularmente

(Q),

área

materiales

materias

si

el

superficial

para

material

extensa,

adsorbentes

primas

químicamente

la

y

diversas, los

grupos

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

la modificación química de carbón activado con

específicas,

ácido docosahexanoico en el trabajo realizado

activación bajas (≈1 kcal mol-1) [93] lo que

por Kaur y col. [94] resultó en la obtención de

posibilita

un material muy eficiente en la remoción de

adsorbente y su uso en subsecuentes ciclos de

TCS, en el estudio se demostró que la

adsorción.

introducción de grupos carboxilo permitieron la

La remoción de TCS de un efluente secundario

adsorción del contaminante a través de

de aguas residuales se llevó a cabo empleando

interacciones hidrofóbicas y complejación. De

lodo biológico seco inactivo (Qmax= 7.92 µg

forma comercial pueden obtenerse materiales

g-1), proveniente del sedimentador secundario

adsorbentes para la remoción de TCS como lo

de una planta de tratamiento de aguas residuales

muestra el estudio realizado por Katsigiannis y

de Sha Tin, Hong Kong como biosorbente. El

col. [95] quienes empleando carbón activado

análisis del lodo biológico inactivo por

granular Filtracarb CC60 lograron la remoción

espectrometría de infrarrojo con transformada

en forma continua de más del 90% del TCS que

de Fourier (FT-IR) mostró la presencia grupos

se adicionó a agua subterránea en presencia de

carboxílico, amina, hidroxilo y fenólico lo que

otros cuatro micro-contaminantes, en este

mostró que los principales constituyentes de la

estudio el carbón activado además de adsorber

biomasa fueron proteínas, polisacáridos y

el TCS funcionó como soporte de una

sustancias húmicas [97] Para la remoción de

biopelícula microbiana que llevó a cabo la

TCS de agua de mar se empleó como

degradación del TCS adsorbido

biosorbente la biomasa de células muertas de

Sharipova y col. [96] emplearon tierra de

Phaeodactylum tricornutum (Qmax=12.97 mg

diatomeas como material adsorbente de TCS,

g-1) [98]. En los dos estudios el mecanismo

los componentes químicos básicos del material

principal de la remoción de TCS del sistema

fueron óxidos de silicio y aluminio, la

acuoso fue la adsorción física, además, en el

capacidad máxima de adsorción alcanzada en la

estudio

monocapa de acuerdo con el modelo de

Phaeodactylum tricornutum el mecanismo de

Langmuir (Qmax) fue de 145.2 mg g-1, el TCS

remoción incluyó la fotodegradación ya que el

se adsorbió físicamente al material. En general,

proceso se llevó a cabo en presencia de luz

se considera que la adsorción física o

empleando un fotobiorreactor.

fisiosorción está basada en interacciones no

113 Artículo de revisión

débiles

la

y

con

recuperación

empleando

células

energías

del

de

material

muertas

de

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020 Tabla 3. Remoción de TCS por adsorción y biosorción. Adsorbente o biosorbente

Tipo de agua tratada y características del sistema

Carbón activado modificado con ácido docosahexanoico

Efluente del tratamiento secundario de aguas residuales

Carbón activado granular Filtrocarb CC60

[TCS]0=1 mg L-1, θ=4 h, T=30 °C, [Adsorbente]=100 mg L-1 Agua subterránea adicionada con TCS y 4micro-contaminantes más

Tierra de diatomeas

[TCS]0=2 µg L-1, θ =23 días, Sistema continuo de 4 columnas Agua sintética

Lodo biológico seco inactivo

[TCS]0=10-400 mg L-1, θ=24 h, T=24°C, [adsorbente]= 1 g L-1 Efluente del tratamiento secundario de aguas residuales + TCS

Células muertas de Phaeodactylum tricornutum

[TCS]0=20 µg L-1, pH=5, T=15°C [Biosorbente]=2000 mg L-1, Agua de mar + TCS

Remoción o capacidad de adsorción de TCS Remoción=97%

Referencia

Remoción> 90%

[95]

Qmax=145.2 mg g-1

[96]

Q=7.92 µg g-1

[97]

Qmax=12.97 mg g-1

[98]

[94]

[TCS]0=1 mg L-1, pH=8.2, θ=3 h, T=18 °C, 68 µmol fotones m-2 s-1, [Biosorbente]= 0.4 g L-1,

La adsorción que emplea carbón activado es

coagulación, regeneración y adquisición de

una tecnología consolidada y hay evidencia de

carbón

su factibilidad técnica a gran escala, pero sus

biosorbentes por su alta disponibilidad y bajo

costos de inversión y operación han limitado su

costo pueden ser una buena alternativa para

uso. En el estudio realizado por Tarpani y

reemplazar el carbón activado, el estudio de

Azapagic [99] se evaluaron cuatro tratamientos

remoción de TCS empleando biosorbentes es

avanzados de agua residual y concluyeron que

incipiente por lo que una cantidad mayor de

un sistema de sistema de carbón activado

materiales biológicos deberán ser evaluados en

granular en combinación con una etapa de pre-

sistemas continuos para determinar si son

coagulación presenta menor costo de ciclo de

adecuados para su uso a una escala mayor.

activado

y

electricidad.

Los

vida que un sistema Fenton empleando radiación solar, pero es superior a los

Remoción metabólica microbiana

calculados para tratamientos de nanofiltración y

En las últimas décadas la biorremediación ha

ozonización. Los principales costos del sistema

ganado terreno como una magnífica alternativa

de

tecnológica que usa microorganismos vivos

adsorción

fueron

los

reactivos

de 114

Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

para la recuperación y limpieza de sitios

tabla 4 se presenta información recientemente

contaminados. La degradación y acumulación

publicada sobre estudios de remoción de TCS

son los mecanismos emblemáticos de estos

empleando cultivos de microalgas. Wang y col.

procesos

La

[104] lograron eficiencias de remoción de TCS

compuestos

superiores al 90% de un agua sintética a pH 7.2

orgánicos recalcitrantes ha sido ampliamente

en monocultivos de Desmodesmus sp. y

estudiada principalmente por la posibilidad de

Scenesesmus obliquus, en el caso del cultivo de

mineralización

Chlorella

metabólicamente

degradación

microbiana

del

activos. de

contaminante.

Existen

pyrenoidosa

bajo

las

mismas

reportes de bacterias, hongos y microalgas con

condiciones de cultivo se eliminó el 62.4 % de

capacidad

contaminantes

TCS. Las microalgas removieron el agente

orgánicos traza tanto en cultivos puros como en

desinfectante a través de un mecanismo de

consorcios. La biorremediación que emplea

degradación que se llevó a cabo en dos etapas,

bacterias ha presentado algunas limitantes para

la primera incluyó reacciones de decloración

su aplicación en la limpieza de sistemas

reductiva, hidrólisis e hidroxilación, en la fase

acuosos contaminados debido principalmente a

dos metilación y glicosilación.

que la eficiencia de degradación se ve afectada

Otra microalga con capacidad para remover

por

sustancias

TCS de soluciones acuosas en presencia de

contaminantes, la posibilidad de formación de

otros 6 micro-contaminantes fue Nannochloris

subproductos tóxicos durante el proceso y las

sp. [105], esta especie removió el 90% de TCS

bajas velocidades de degradación encontradas

que se encontraba en una concentración inicial

[66, 100, 101].

de 34 µg L-1 en un tiempo de cultivo de 168 h y

Las microalgas son los organismos unicelulares

expuestos de forma continua a luz. Los

con alto potencial en la remoción de

mecanismos involucrados en el proceso de

contaminantes orgánicos traza de aguas con

remoción fueron fotodegradación, acumulación

bajo contenido de materia orgánica, debido a

y biosorción. Los procesos de remoción más

los múltiples procesos de remoción que ocurren

importantes dentro de las primeras horas de

durante su cultivo en fotobiorreactores que

cultivo

incluyen

fotodegradación,

acumulación, mientras que el proceso de

y

acumulación.

fotólisis se observó a partir de la 24 h de cultivo

Además, las microalgas son muy flexibles en

y se consideró no metabólica ya que el TCS fue

cuanto a su forma de cultivo [102, 103]. En la

susceptible a la luz también en ausencia de las

la

para

presencia

degradar

de

biodegradación,

volatilización,

adsorción

otras

115 Artículo de revisión

fueron

los

de

biosorción

y/o

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

células microbianas. Los subproductos de la

identificados.

fotodegradación en este estudio no fueron Tabla 4. Remoción de TCS por microorganismos metabólicamente activos. Microorganismo

Características del sistema

Monocultivos de: Chlorella pyrenoidosa Desmodesmus sp. Scenedesmus obliquus Nannochloris sp

Eficiencia de remoción (%)

Agua contaminada sintéticamente [TCS]0=400 µg L-1, θ cultivo=1 día, pH=7.2 Efluente de tratamiento avanzado de aguas residuales con TCS y otros 6 microcontaminantes [TCS]0=34 µg L-1, θ cultivo=168 h Agua contaminada sintéticamente con TCS, nutrientes y ácidos húmicos

Cymbella sp.

Referencia [104]

62.4 92.9 99.7 90

[105]

24.8-69

[106]

[TCS]0=324.9 µg L-1, T=23°C

En el trabajo publicado por Ding y col. [106]

ambiental como en la industrial. Los costos del

Cymbella sp. se cultivó en agua contaminada

proceso dependen del sistema de cultivo

sintéticamente conteniendo 324.9 µg L-1 de

seleccionado, los sistemas abiertos tienen bajos

concentración inicial de TCS, nutrientes y

costos de operación y mantenimiento, pero el

ácidos

encontrados

control de los parámetros ambientales se

naturales,

dificulta y se contaminan fácilmente. Los

húmicos,

frecuentemente

compuestos en

aguas

obteniéndose eficiencias de remoción del

cultivos

contaminante entre 24.8 y 69 %, la remoción se

controlados y por lo tanto son sistemas más

llevó a cabo a través de un mecanismo que

eficientes pero sus costos de inversión,

incluyó

y

operación y mantenimiento son mayores,

conjugación del TCS. La vía de conjugación es

además pueden acumular concentraciones

considerada por los autores una vía importante

tóxicas de oxígeno. Otras consideraciones

de detoxificación del TCS, sin embargo, entre

importantes para la implementación de esta

los productos de la transformación del TCS se

tecnología son que el agua a tratar debe estar

detectó también el metil triclosán, compuesto

libre de sólidos suspendidos ya que la turbidez

más tóxico, persistente y con un factor de

interfiere con la radiación de luz afectando la

acumulación mayor que el TCS.

fotosíntesis, por otra parte, después del

Los cultivos de microalgas a gran escala han

tratamiento es necesario un sistema de

sido desarrollados para su uso tanto en el área

separación de células lo que puede incrementar

la

acumulación,

degradación

116 Artículo de revisión

cerrados

son

sistemas

mejor

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

significativamente los costos [107, 108]. En

remediación enzimática debido a su alta

cuanto a los cultivos más apropiados para el

habilidad

tratamiento se considera que los consorcios de

contaminantes

microalgas o los cultivos mixtos bacteria-

forman radicales que degradan el contaminante

microalga pueden tener ventajas sobre los

en productos más pequeños que son fácilmente

cultivos puros en cuanto a una mejor tolerancia

biodegradables y exhiben una toxicidad mínima

a los contaminantes, mayor velocidad de

[110, 111].

remoción y menor producción de subproductos-

En la tabla 5 se presentan trabajos que reportan

tóxicos [109]. En los próximos años el uso de

la transformación enzimática del TCS y fueron

microalgas para la remoción de TCS y otros

publicados en años recientes. En el estudio

micro-contaminantes

orgánicos

podría

realizado por Nguyen y col. [112] se empleó un

convertirse

tecnología

factible

extracto enzimático de Trametes versicolor

técnicamente si seleccionan los cultivos

para tratar agua sintética conteniendo TCS y

microbianos y el sistema de fotobiorreacción

otros 29 contaminantes orgánicos traza, la

adecuados.

remoción de TCS fue del 80% y en el extracto

en

una

se

para

comprobó

degradar

orgánicos.

la

diferentes

Estas

actividad

de

enzimas

lacasa,

Transformación enzimática

adicionalmente se realizaron estudios de

El uso de enzimas microbianas presenta

biosorción empleando células de T. versicolor

diversas ventajas respecto al uso de células

inactivadas químicamente, en estos estudios se

microbianas completas en la degradación de

comprobó que bajo las condiciones ensayadas

contaminantes, como su habilidad para operar a

no hubo adsorción del contaminante. Las

altas y bajas concentraciones del contaminante,

lacasas participan en distintas reacciones como

reducir la cantidad de lodo generado y la

la

posibilidad de aplicarlo en una gran variedad de

degradación de polímeros y el rompimiento del

sustancias. Sin embargo, el alto costo de las

anillo de compuestos aromático, debido a que

enzimas, la posibilidad de generar compuestos

presentan una amplia variedad de propiedades

tóxicos y la pérdida de estabilidad en las

y baja especificidad por el sustrato [113]. La

condiciones de operación del sistema han

eficicencia de remoción de TCS para las lacasas

frenado su aplicación en el área ambiental. Las

purificadas

lacasas y peroxidasas son las enzimas más

versicolor [114], Pleurotus ostreatus [115],

comúnmente usadas para los estudios de

Trametes

117 Artículo de revisión

polimerización

de

monómeros,

provenientes

versicolor

de

[116],

la

Trichoderma

Picnoporus

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

sanguineous CS43 [117] y un hongo de

térmica y química de la enzima generalmente

pudrición blanca [118] alcanzó valores entre 50

mejoran [113]. En dos estudios se empleó un

y 92.3 %, los valores de pH empleados no

sistema con enzimas inmovilizadas, en el

fueron extremos y se mantuvieron entre 4.0 y

primero de ellos lacasa de Trichoderma

7.0 unidades, siendo los tiempos de reacción

versicolor se inmovilizó en perlas de alginato

variables.

con núcleo de cobre magnético, la remoción del

El uso de enzimas en su forma libre está

TCS en este estudio se llevó a cabo por la

relacionada a la baja estabilidad operacional,

transformación de TCS a 2,4 diclorofenol y 2

altos precios y la imposibilidad de reusar la

hidroxiquinona además de adsorción [114], en

enzima, la inmovilización permite reducir los

el segundo estudio se inmovilizó lacasa en

costos de operación al reusar la enzima en

nanofibras mesoporosas de vinil modificado

varios ciclos catalíticos, además después de la

con ácido poliacrílico/SiO2, la remoción se

inmovilización

llevó a cabo por adsorción y degradación [118].

la

estabilidad,

resistencia

Tabla 5. Remoción de TCS por transformación enzimática. Enzima

Características del sistema

Eficiencia de remoción de TCS (%) 80

[112]

73.9

[114]

80 a 90

[115]

[TCS]0=10 µM, θ=6 h, pH=6.0, T=25°C, [enzima]=3.0 U mL-1 Agua contaminada sintéticamente

50

[116]

[TCS]0=5 mg L-1, θ=16 min, [enzima]=6 U mL-1, pH=7.0, T=25 °C Agua subterránea adicionada con TCS

55

[117]

92.3

[118]

Extracto enzimático de Trametes versicolor

Agua sintética conteniendo 30 contaminantes orgánicos traza

Lacasa de Trichoderma versicolor

[TCS]0=100 µg L-1, T=25°, pH=4, θ=24 h Enzima inmovilizada en perlas de alginato con núcleo de cobre magnético en contacto con agua residual real adicionada con TCS

Lacasa de Pleurotus ostreatus

Lacasa de Trametes versicolor

Lacasa de Pycnoporus sanguineus CS43

Lacasa de hongo de pudrición blanca

[TCS]0=0.2 mM, pH=7.0 Enzima libre en agua sintética conteniendo TCS

[TCS]0= 10 mg L-1, θ=12 h, pH=5.0, T=25°C, [enzima]=100U L-1 Enzima inmovilizada en nanofibras mesoporosas de vinil modificado ácido poliacrílico/SiO2 [TCS]0=10 mg L-1, θ=24 h, pH=4.0, T=30°C

118 Artículo de revisión

Referencia

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

Por el momento la tecnología de enzimas

estrategia de remediación nueva, barata,

inmovilizadas en la remoción de compuestos

eficiente y alimentada por energía solar [119].

orgánicos persistentes de aguas residuales

La

resulta prohibitivo debido al alto costo de las

fitorremediación empleada exclusivamente en

enzimas, una ventaja importante a considerar es

el tratamiento de aguas, con esta técnica se

que las unidades de tratamiento enzimático

remueven contaminantes presentes en un

podrían ser más compactas que otros sistemas

sistema acuoso por el cultivo de plantas. Los

de tratamiento avanzado por lo que se facilitaría

humedales construidos son los sistemas de

su incorporación a plantas de tratamiento de

fitofiltración más conocidos y utilizados en el

aguas residuales que cuenten con espacio

tratamiento de aguas debido a su bajo costo,

limitado. Estudios más profundos deberán ser

fácil operación y mantenimiento [122], estos

llevados a cabos para determinar la estabilidad

sistemas

de la enzima en el tratamiento de aguas

contaminantes presentes en sistemas acuosos a

residuales contaminadas, así como descartar la

través de mecanismos físicos y bioquímicos

formación de subproductos tóxicos durante el

basados en la composición del sustrato,

proceso de transformación.

comunidades

fitofiltración

son

es

capaces

la

de

microbianas,

tecnología

disminuir

ecosistema

de

los

de

plantas y estrategia de operación. De acuerdo Fitofiltración

con la forma de vida de las plantas dominantes

Las tecnologías de fitorremediación han sido

en las que se basa el sistema, se clasifican en:

empleadas

la

libre flotación, sumergidos y emergentes. Los

recuperación de suelo y agua contaminados con

humedales con plantas emergentes son los más

metales/metaloides y en menor medida con

comunes y estos a su vez se clasifican de

compuestos orgánicos. En la fitorremediación

acuerdo con su diseño en relación con el flujo

se aprovechan los mecanismos que tienen las

de agua en: flujo superficial de agua libre, flujo

plantas y sus microorganismos asociados para

subsuperficial horizontal y flujo subsuperficial

aliviar el estrés causado por la presencia de

vertical (figura 2), la combinación de los tipos

sustancias

la

anteriores se conoce como sistemas de

concentración o efectos tóxicos de los mismos

humedales construidos híbridos [121]. Estudios

a través de su volatilización, estabilización,

recientes han demostrado que los tratamientos

degradación, extracción o inactivación [119-

con humedales no solo son capaces de cumplir

121]. La fitorremediación se considera una

con estándares de tratamiento secundario de

satisfactoriamente

contaminantes,

en

reduciendo

119 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

aguas residuales domésticas, también pueden

personal y fármacos, a través de una selección

alcanzar altos niveles de remoción de nitrógeno

de tecnología apropiada y un diseño cuidadoso

total, pesticidas, compuestos para el cuidado

[123-125].

Figura 2. Diseños de humedales construidos empleando plantas emergentes en relación con el flujo de agua. A: flujo superficial de agua libre, B: flujo subsuperficial horizontal y C: flujo subsuperficial vertical descendente. 120 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

El empleo de humedales construidos para la

1438.74 L kg-1, la carpamazepina también fue

eliminación de TCS incluye el uso de plantas

una molécula acumulada de forma importante

emergentes, sumergidas y flotantes (Tabla 6).

por la planta (FB=1289.29 L kg-1). La adsorción

En el estudio realizado por Zhao y col. [126] los

y la degradación microbiana fueron fenómenos

monocultivos de Phragmites australis, Typha

que contribuyeron de forma importante en la

angustifolia, Zizania latifolia, Cedar moss,

remoción de los compuestos orgánicos traza en

Hydrilla verticillata, Lemna minor, Salvinia

estos humedales.

natans redujeron la concentración inicial de una

En humedales de flujo vertical con plantas de P.

solución de TCS de 60 µg L-1 entre 85 y 96 %,

australis se observó que la remoción de TCS se

empleando un humedal construido de flujo

favoreció al adicionar óxidos de manganeso

superficial después de 30 días de operación, la

debido a sus propiedades de adsorción y

sedimentación fue el mecanismo de remoción

oxidación. La eficiencia de remoción de TCS en

de TCS más importante en los humedales,

el sistema alcanzó entre 80 y 90% a los 90 días

además

de

se

comprobó

una

importante

operación,

además

la

presencia

de

acumulación de TCS en las raíces de T.

Gammaproteobacteria en los humedales desde

angustifolia, L. minor y S. natans así como en

los

las hojas de C. moss y H. verticillata, los

relacionada a la degradación del contaminante.

autores consideraron que la biodegradación y

[128].

fotodegradación pudieron ser mecanismos

Echinodorus horemanii e Eichornia crassipes

adicionales en el sistema.

son dos plantas flotantes que se estudiaron en la

Wang y col. [127] trataron lixiviados de un

remoción de TCS en conjunto con otros 18

relleno sanitario en un tren de tratamiento que

contaminantes

involucraba humedales de flujo sub-superficial

hidropónico durante 28 días [129]. Ambas

plantado con T. angustifolia, en estos sistemas

plantas removieron TCS, sin embargo E.

de fitofiltración la eficiencia de remoción de

horemanii captó de forma importante TCS y lo

TCS

57%,

acumuló principalmente en hoja alcanzando

adicionalmente se removieron otros micro-

valores de la constante de captación (ku) y de

contaminantes

principalmente

factor de bioconcentración altos en la planta

cafeína y gemfibrozil. La acumulación jugó un

completa (FB=4390 L kg-1 y ku=843 L kg-1

rol muy importante en la remoción de TCS, el

día-1), mientras que los valores encontrados

valor del factor de bioconcentración (FB) fue de

para E. crassipes fueron considerablemente

se

encontró

entre

presentes

28

y

121 Artículo de revisión

primeros

días

de

operación

empleando

un

estuvo

sistema

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

menores, FB de1050 L kg-1 y ku de 385 L kg-1

día-1.

Tabla 6. Remoción de TCS por fitofiltración Especie

Agua tratada y características del sistema

Resultados

Referencia

Monocultivos de: Phragmites australis Typha angustifolia Zizania latifolia Cedar moss Hydrilla verticillata Lema minor Salvinia natans Typha angustifolia

Agua residual formulada sintéticamente similar al efluente de una PTAR

85-96 % de remoción

[126]

28-57 % de remoción

[127]

≥80 % de remoción durante todo el periodo de operación de 90 días.

[128]

ku=843 L kg-1 día-1 FB=4390 L kg-1

[129]

Phragmites australis

Echinodorus horemanii

[TCS]0=60 µg L-1, θ= 6 periodos de 5 días Humedales construidos de flujo superficial de escala laboratorio

Lixiviados de relleno sanitario tratados conteniendo múltiples micro-contaminantes. [TCS]0=0.8 ng L-1 Humedales sub-superficiales Agua sintética simulando agua de río contaminada [TCS]0=80 µg L-1, θ=90 días Humedales construidos de flujo vertical adicionados con óxidos de Mn TCS en presencia de 18 contaminantes emergentes más

Eichornia crassipes

[TCS]0=20 µg L-1, θ=28 días

Spirodela polyrhiza

Agua sintética con TCS en combinación con 3 contaminantes más

Phalaris arundinacea

Ipomea aquatica Prilla frutescens Oenanthe javanica Hydrocotyle vulgaris Zizania latifolia Oryza sativa

[TCS]0=25 µg L-1, θ=28 días Humedal escala laboratorio de agua libre Agua residual sintética [TCS]0=500 µg L-1, θ=168 h Humedal de flujo vertical con recirculación intensiva Sistemas hidropónicos conteniendo TCS marcado con C-14

ku=385 L kg-1 día-1 FB=1050 L kg-1 100% de remoción

[130]

100 % de remoción

[131]

No determinado

[132]

[TCS]0=42 µg L-1 θ=192 h

El uso de Spirodela polyrhiza creciendo en un

eficiencia de remoción de TCS (100%) fue un

humedal de agua libre alimentado de forma

humedal de flujo vertical plantado con Phalaris

continua con agua sintética bajo condiciones

arundinacea alimentado con agua residual

controladas permitió la remoción total de 25 µg

sintética y recirculación intensiva, en este

L-1 de TCS durante 28 días de operación [130].

sistema la remoción de 500 µg L-1 de TCS en

Otro sistema con buenos resultados de

168 h se llevó a cabo por adsorción de TCS y

122 Artículo de revisión

AyTBUAP 5(20):99-135 Netzahuatl-Muñoz & Rodríguez-Cuamatzi, 2020

posterior degradación en la biopelícula que se

CONCLUSIÓN

formó promovida por las plantas [131]. Las

La contaminación de aguas subterráneas con

hidrofitas Ipomea aquatica, Prilla frutescens,

TCS es una situación extendida por todo el

Oenanthe javanica, Hydrocotyle vulgaris,

planeta, esta problemática es de gran interés ya

Zizania latifolia y Oriza sativa fueron

que las aguas subterráneas son cada vez más

cultivadas

hidropónicos

importantes en el abastecimiento de agua

conteniendo 42 µg L-1 de TCS marcado con

potable. La presencia de TCS en las aguas

carbono-14 durante 192 h, se determinó que el

subterráneas se encuentra asociada a la

TCS se acumuló principalmente en organelos

infiltración de aguas residuales domésticas sin

de la raíz por lo que hubo baja capacidad de

tratamiento o insuficientemente tratadas y de

traslocación [132].

lixiviados provenientes de rellenos sanitarios.

Los humedales construidos son una tecnología

Los estudios sobre la remoción de TCS de

de tratamiento consolidada para el tratamiento

sistemas acuosos con bajo contenido de materia

de aguas residuales municipales y cuentan con

orgánica son numerosos y variados siendo los

gran aceptación social, su uso como tratamiento