El conjunto de herramientas, en constante expansión, del laboratorio de Mohit Verma en la Universidad de Purdue ahora incluye un biosensor portátil en papel para identificar maíz y soja genéticamente modificados (GM).
por Steve Koppes, Universidad Purdue
Este biosensor, basado en un método llamado amplificación isotérmica mediada por bucle (LAMP), ofrece una alternativa rápida y económica a las herramientas moleculares de punto de necesidad que ya existen en el mercado.
«Los agricultores pueden usarlo siempre que lo necesiten», afirmó Bilal Ahmed, investigador asociado postdoctoral en ingeniería agrícola y biológica en Purdue. Ahmed, Verma y cuatro coautores de Purdue y la División de Ciencias de Cultivos de Bayer describen su dispositivo en la revista Biosensors and Bioelectronics .
Verma, profesor asociado de ingeniería agrícola y biológica , y su equipo han desarrollado previamente ensayos para detectar rápidamente la influenza aviar altamente patógena , la contaminación fecal en granjas de productos agrícolas , la enfermedad respiratoria bovina y la COVID-19 .
Verma divulgó la innovación a la Oficina de Comercialización de Tecnología de Purdue Innovates, que solicitó una patente para proteger la propiedad intelectual. OTC licenció la tecnología en exclusiva a Krishi, Inc., empresa especializada en diagnósticos moleculares rápidos y fáciles de usar. Verma es el director de tecnología de la empresa.
«Este estudio fue la primera demostración de nuestro laboratorio sobre el uso de biosensores en material vegetal «, afirmó Verma. «Demuestra aún más el uso de esta tecnología basada en LAMP para aplicaciones de Una Salud que abarcan todos los ecosistemas: el bienestar humano, animal y vegetal. Además, podemos simplificar aún más el uso de los biosensores mediante la producción, como hemos demostrado con la plataforma Sherpa Vision de Krishi, que utiliza un calentador de estado sólido en lugar de un baño de agua para una mayor facilidad de uso».
Ahmed había trabajado previamente con Verma en el desarrollo de la plataforma de biosensores para la detección de bacterias fecales en granjas de productos agrícolas. El equipo se basó en ese estudio y en la labor relacionada con la COVID-19 para diseñar un biosensor que detecte cultivos modificados genéticamente.
El dispositivo biosensor produce resultados en menos de una hora tras la extracción de la muestra y realiza reacciones de prueba por 2,90 dólares cada una. «Otras técnicas LAMP, disponibles con métodos de detección de líquidos, cuestan más de ocho o nueve dólares por prueba», señaló Ahmed. Esto no incluye los costes de hardware, que también son inferiores en el sistema de Purdue.
El biosensor detecta rasgos modificados genéticamente utilizando tan solo una pizca de extracto de hoja de unos 6 mm de diámetro. Otras técnicas basadas en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) requieren equipos costosos y la forma más purificada del ADN extraído. Ahmed calificó la PCR como «el estándar de oro en biología molecular». Pero con el nuevo método LAMP, «no es necesario extraer ni purificar el ADN del tejido foliar», afirmó.
LAMP también está diseñado para dirigirse a las secuencias de ADN deseadas, específicamente como PCR, lo que ayuda a garantizar resultados precisos y fiables. «Primero optimizamos nuestro método de biosensor LAMP con ADN purificado y luego pasamos al extracto crudo de hoja», explicó Ahmed.
La plataforma en papel funcionó bien con ADN purificado. Sin embargo, los requisitos de acceso al laboratorio de extracción de ADN y los costos adicionales asociados harían que dicho sistema fuera poco práctico para los agricultores. Por lo tanto, el equipo optó por el sistema de extracción cruda.
El extracto crudo se homogeneiza en estado líquido y luego se diluye a una parte de extracto y siete partes de agua. «Usamos ese extracto crudo directamente con nuestro biosensor. Nuestro biosensor con el extracto de hoja es tan bueno como el ADN purificado», señaló Ahmed.
Otros métodos, llamados dispositivos de flujo lateral, se basan en la expresión de proteínas en plantas. Sin embargo, estos dispositivos no funcionan en híbridos que no expresan las proteínas objetivo.
Los investigadores desarrollaron su biosensor para detectar las variedades de soja Roundup-Ready 1 y 2, así como el rasgo Roundup Hybridization System 1 (RHS1) en el maíz. Los agricultores solían esterilizar sus plantas de maíz eliminando mecánicamente las espigas masculinas para evitar la autopolinización. Sin embargo, el RHS1 incorpora un rasgo que realiza la misma función.
«La parte masculina de la planta, en particular, no es resistente al glifosato. El glifosato es un pesticida. Si se rocía sobre esa planta, la parte masculina morirá, pero el resto sobrevivirá», dijo Ahmed. «Desarrollamos con éxito nuestro biosensor de papel basado en esa característica específica».
El equipo de Ciencias de Cultivos de Purdue-Bayer comentó sobre otras posibles aplicaciones. La nueva tecnología, según escribieron en su artículo, «es adaptable a otros cultivos o rasgos transgénicos, lo que ofrece una solución práctica para el monitoreo de OGM a nivel de campo».
Más información: Bilal Ahmed et al., Desarrollo de un biosensor portátil basado en papel para la identificación de maíz (Zea mays) y soja (Glycine max) genéticamente modificados, Biosensores y Bioelectrónica (2025). DOI: 10.1016/j.bios.2025.117690
