El equipo de investigación de la Universidad Rice ha transformado exitosamente Escherichia coli en un sensor vivo multiplexado que puede detectar y responder simultáneamente a múltiples toxinas ambientales, convirtiendo las respuestas biológicas en señales eléctricas. Esta tecnología tiene potencial para aplicaciones en monitoreo de calidad del agua, seguridad en sitios industriales y biocomputación, con resultados relacionados publicados en Nature Communications.

La investigación, liderada por Xu Zhang, Marimikel Charrier y Caroline Ajo-Franklin, se centró en resolver el problema de baja eficiencia de los sensores bioelectrónicos tradicionales. Los métodos tradicionales suelen requerir canales dedicados para cada compuesto objetivo, mientras que el nuevo sistema utiliza una estrategia de multiplexación, aprovechando la sensibilidad y autoalimentación de las bacterias para mejorar significativamente la capacidad de procesamiento de información. "Este sistema representa un avance importante en el sensado bioelectrónico, capaz de codificar múltiples señales en un solo flujo de datos y decodificarlas en lecturas claras de sí o no", indicó la autora correspondiente Ajo-Franklin.

El equipo se inspiró en los principios de comunicación de fibra óptica, transmitiendo información multiplexada a través de señales eléctricas con diferentes potenciales redox. El coautor Zhang señaló: "La clave radica en cómo separar establemente las señales de diferentes energías sin interferencia de muestras o toxinas". Diseñaron un método electroquímico que convierte señales redox en respuestas binarias, e ingenieron cepas de E. coli para reconocer específicamente arsenito y cadmio, generando señales eléctricas diferenciadas.

En pruebas ambientales, el sistema detectó exitosamente arsenito y cadmio en niveles conformes a los estándares de la Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. (EPA). Charrier enfatizó: "La plataforma tiene características modulares y puede expandirse para el cribado simultáneo de más toxinas". Además, combinada con tecnología inalámbrica, el sensor puede realizar monitoreo remoto en tiempo real, con escenarios de aplicación que cubren sistemas de suministro de agua, tuberías industriales, etc.

Esta investigación proporciona una nueva dirección para el desarrollo de la bioelectrónica. En el futuro, los sensores bacterianos multiplexados podrían convertirse en herramientas importantes para el monitoreo ambiental, diagnóstico médico y biocomputación. Ajo-Franklin añadió: "El potencial de las células no se limita al sensado; también pueden codificar, calcular y transmitir información compleja".