iD-Speech: Zika, chikungunya y dengue: espectroscopia de infrarrojo para el análisis de mosquitos

TXT Juan Fernando Díaz Salazar

IMG Nicolás Grijalva Borja

A nivel global, los mosquitos constituyen un problema de salud pública como vectores de una variedad de enfermedades. La malaria, un ejemplo claro de ello, afecta mayoritariamente a niños de poblaciones en África del este y oeste. A pesar que durante los últimos años se ha logrado disminuir la incidencia de este padecimiento, la lucha se ha estancado por motivos tanto económicos como propios de la adaptación de los mosquitos a las medidas de control.

La espectroscopía infrarroja constituye una herramienta para la vigilancia entomológica, permitiendo controlar las poblaciones de mosquitos y otros vectores, y su incidencia en la difusión de enfermedades como el dengue, el zika y la chikungunya.

El dengue, endémico de nuestro país, presenta casos año a año en la costa ecuatoriana; si a esto le sumamos las apariciones más recientes de enfermedades como el zika y la chikungunya, tenemos una razón más para tomar medidas al respecto. Estas y otras enfermedades no son transmitidas por todas las especies de mosquitos; además cabe recalcar que solo las hembras pican a los humanos, los machos no lo hacen [1].

Vigilancia epidemiológica y herramientas tecnológicas

Vigilancia entomológica consiste en la observación y análisis de las especies de vectores o posibles vectores presentes en una zona o región, de su composición poblacional (edades de los individuos) y de las enfermedades de las que son hospedadores.

¿Qué medimos en la vigilancia entomológica?

Pues esencialmente se analiza las variaciones poblacionales de los vectores a través del tiempo; un incremento poblacional puede ser un indicativo de una posible epidemia más adelante. Por otro lado, en cuanto a la edad, los parásitos y virus causantes de las dolencias requieren de tiempos de incubación específicos, por ello individuos jóvenes tienen una menor probabilidad de transmitir una enfermedad. Adicionalmente, esta estrategia de control permite evaluar la evolución de la resistencia a insecticidas, ya que últimamente se han evidenciado líneas resilientes.

Entre las herramientas de vigilancia se tiene a la biología molecular, la histología, las disecciones, la microscopía electrónica, el sonido (frecuencia de vibración en el vuelo) y la óptica (espectro visible e infrarrojo).

La óptica es la herramienta probada durante los últimos años, en especial la luz infrarroja (IR), con longitudes de onda de que van desde 0.75 a 1000 µm. Una de las particularidades de este espectro de luz es que provoca la vibración de las moléculas, lo cual induce a la absorción y reflexión de ciertas longitudes de onda. El análisis de las longitudes reflejadas mediante un espectrofotómetro posibilita conocer cuales fueron absorbidas, esto genera un patrón (espectro) único para cada molécula, permitiendo obtener una especie de “huella digital” específica de las muestras químicas o biológicas. De este modo, el uso de esta herramienta facilita el análisis de la composición de los tejidos orgánicos, viabilizando la diferenciación del tipo de tejido, la edad del organismo e incluso a la especie que pertenece.

Las ventajas de usar la tecnología infrarroja recaen en su robustez, ya que lleva años de uso y desarrollo, y no ha sufrido mayores cambios a través del tiempo; es rápida, con medias de apenas segundos; no requiere una preparación especial de la muestra empleando reactivos y demás, por ende, la muestra usada queda disponible para otro tipo de ensayos. Adicionalmente, esta técnica no necesita de personal especializado; los datos obtenidos permiten una amplia variedad de análisis y usos; y finalmente, como una consecuencia de todo lo mencionado, implica un menor costo.

Mauro Pazmiño y su investigación

Mauro Pazmiño B. PhD (c) de la Universidad de Glasgow, mediante espectroscopía infrarroja se ha encaminado en la búsqueda de un tejido objetivo que permita un estudio adecuado de los mosquitos y que difiera de lo ya empleado, el tórax de este insecto. En el proceso investigativo se ha probado patas, cabeza, alas y abdomen; enfocando la luz infrarroja hacia segmentos de cada una de estas partes, lo que permite obtener “huellas” muy específicas. Mediante la técnica de “diffuse reflection” (DRIFT) se hacen incidir rayos de luz infrarroja sobre el tejido, el espectrofotómetro recoge las longitudes de onda reflejadas y el espectro nos permite conocer cuáles longitudes fueron absorbidas por la muestra. Durante los ensayos, las patas ofrecieron los mejores resultados, tanto en los picos esperados en el espectro como en el tiempo de análisis de la muestra.

Mauro Pazmiño Betancourth PhD (c)

Mauro Pazmiño Betancourth actualmente cursa su doctorado en la Universidad de Glasgow. Se encuentra realizando su investigación en el uso de espectroscopia en la identificación de Anopheles gambiae.

A partir de este punto, se compararon individuos de Anopheles colluzii y Anopheles gambiae, especies muy cercanas y relacionadas entre ellas, con edades de 3 y 10 días. Mediante “machine learning” se generaron varios modelos para tratar de identificar individuos de mosquitos por especie y por edad, al final un modelo de regresión logística fue el que demostró aparentes mejores resultados. Sin embargo, los resultados de identificación de especies no fueron lo suficientemente concluyentes, en cuanto a los resultados sobre identificación de edad, se obtuvo una precisión cercana al 80%.

Para estudiar la resistencia a insecticidas por factores estructurales de los insectos, se efectuaron ensayos con tres líneas de mosquitos: VK7/N’gusso, Tiassalé y Kisumu, con 1, 2 y 3 días de edad; se siguió el mismo procedimiento ya mencionado para la espectrofotometría infrarroja; no obstante, los resultados no fueron satisfactorios.

Entre los cambios introducidos por este estudio, está el rango del espectro infrarrojo seleccionado. Previamente, se venía utilizando el near-infrared (NIR) como en las investigaciones de Sikulu-Lord y Lambert, ambos en el 2018 [3,5]; mientras que por su lado, Mauro ha llevado a cabo sus pruebas con el mid-infrared (MIR), lo que le permite una mayor resolución en los espectros obtenidos. Él no es el único que se ha involucrado en este tipo de investigaciones, existen antecedentes como el caso de Mwanga y González, los dos en 2019 [2,4].

Los retos que enfrenta la tecnología recaen en la optimización de la fuente de luz empleada y el tamaño del equipo, ya que esto dificulta su uso a nivel de campo; para ello, el desarrollo de láseres de cascada quántica y microconductores son una buena opción, ya que precisan poca energía, son de menor tamaño y entregan una mayor resolución.

Aunque aún no se obtienen los resultados esperados, cada dato acerca a Mauro y a su equipo de trabajo a mejores expectativas. Ese es el proceso de la ciencia, la prueba y error hasta llegar a la verdad.

Referencia principal:

Pazmiño, M. (2020, 08 de junio). Zika, chikungunya y dengue, enfermedades olvidadas: espectroscopia de infrarrojo para el análisis de la composición de poblaciones de mosquitos. [Webinar iD-Speech: Divulgación científica de alto impacto].

Referencias complementarias:
  1. Collier mosquito control district (CMCD). Mosquito myths & facts. Naples, Florida, USA.
  2. González, M., Babayan, S.A., Khazaeli, P., Doyle, M., Walton, F., Reedy, E., Glew, T., Viana, M., Ranford-Cartwright, L., Niang, A., Siria, D.J., Okumu, F.O., Diabaté, A., Ferguson, H.M., Baldini, F., Wynne, K. (2019). Prediction of mosquito species and population age structure using mid-infrared spectroscopy and supervised machine learning. Wellcome Open Research 76(4).
  3. Lambert, B., Sikulu-Lord, M.T., Mayagaya, V.S., Devine, G., Dowell, F., Churcher, T.S. (2018). Monitoring the Age of Mosquito Populations Using Near-Infrared Spectroscopy. Scientific Report, 5274(8).
  4. Mwanga, E.P., Mapua, S.A., Siria, D.J., Ngowo, H.S., Nangacha, F., Mgando, J., Baldini, F., González, M., Ferguson, H.M., Wynne, K., Selvaraj, P., Babayan, S.A., Okumu, F.O. (2019). Using mid-infrared spectroscopy and supervised machine-learning to identify vertebrate blood meals in the malaria vector, Anopheles arabiensis. Malaria Journal, 187(18).
  5. Sikulu-Lord, M.T., Devine, G.J., Hugo,L.E., Dowell, F.E. (2018). First report on the application of near-infrared spectroscopy to predict the age of Aedes albopictus Skuse. Scientific Reports, 9518(8).
idspeech
logos partners microbios



Categorías:iDSpeech

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios .

A %d blogueros les gusta esto: