Diseño de biosensores selectivos para reportar contaminación por metales pesados tóxicos

Los metales pesados se diseminan en la biosfera como consecuencia de procesos geoquímicos, pero además debido a la actividad antropogénica. Dada su persistencia intrínseca y su alta reactividad química, estas especies contribuyen fuertemente a la contaminación del ambiente afectando severamente a la biota y en consecuencia al hombre. Entre ellos, plomo (Pb), mercurio (Hg) y cadmio (Cd) se encuentran entre los 10 tóxicos más peligrosos según la Organización Mundial de la Salud. La detección de metales se lleva a cabo usualmente utilizando métodos analíticos aunque en los últimos años se ha desarrollado la tecnología de biosensores, en concreto, biosensores bacterianos, microorganismos que han sido modificados genéticamente para acoplar la detección del metal a la producción de una señal fácilmente cuantificable. Esta tecnología emerge como una alternativa más simple y económica, pero además por reportar únicamente la fracción del metal biodisponible, presenta una ventaja adicional para su uso en monitoreo ambiental. Sin embargo, la aplicación extensiva de estos dispositivos para identificar y cuantificar el agente responsable de la contaminación se ha visto limitada por la baja sensibilidad que presentan. En el laboratorio donde se realizó esta Tesis Doctoral, previamente se identificó y caracterizó en S. Typhimurium a GolS, el primer regulador transcripcional de la familia MerR capaz de reconocer Au1+ y de activar su propia síntesis, y la de determinantes de resistencia a este metal tóxico. Sobre la base de esta vía regulatoria se generó un biosensor que detecta específicamente iones de Au. Reemplazando la Ser en posición 77 por Cys (residuo conservado en metalo-reguladores de metales divalentes) en esta proteína, se generó la variante GolS77; la cual fue utilizada para generar un biosensor que detecta un amplio espectro de metales pesados de manera no selectiva. En este trabajo se propuso obtener variantes de GolS77 con capacidad para detectar Hg o Pb/Cd mediante el reemplazo del rulo de unión a metal por la misma región de sensores de Hg2+ MerR o de Zn2+/Pb2+/Cd2+ ZntR. Como resultado más relevante, se obtuvo la variante GolS77-LRT, y un biosensor derivado de esta que detecta especificamente Hg biodisponible en muestras de agua, y se diseñó un protocolo de medición simple que permitió cuantificar este metal en muestras de agua contaminada. Además, se generaron variantes de los sensores no específicos CueR77 y ZntR con diferentes capacidades de detección, entre ellas la variante ZntR-LRT que responde a Cd2+, que nos permitirán obtener información acerca de la interacción de estos sensores sintéticos con distintos metales.