Sistema de detección autónoma

Los sistemas de detección autónoma (SDA) , también llamados sistemas de detección de riesgos biológicos o sistemas autónomos de detección de patógenos , están diseñados para monitorear el aire o el agua en un entorno y detectar la presencia de sustancias químicas , toxinas , patógenos u otros agentes biológicos presentes en el aire o el agua, capaces de causar enfermedades o la muerte en humanos. Estos sistemas monitorean el aire o el agua de forma continua y envían alertas en tiempo real a las autoridades competentes en caso de un acto de bioterrorismo o guerra biológica .

En Estados Unidos , se desarrolló un sistema de detección de ataques (BDS, por sus siglas en inglés) para el Servicio Postal tras los ataques con ántrax de 2001. Los primeros sistemas de detección en los servicios postales estadounidenses se instalaron en 2006. Para contrarrestar este tipo de problemas en el futuro, el gobierno federal de Estados Unidos creó un programa llamado BioWatch , que opera en más de 21 ciudades del país.

En Canadá, una empresa de biotecnología llamada Kraken Sense desarrolló un sistema autónomo de detección de patógenos para la Autoridad Aeroportuaria del Gran Toronto (GTAA) durante la pandemia de COVID-19 .

APDS monitorea el aire y el agua en busca de los tres tipos de agentes de amenaza biológica: bacterias, virus y toxinas. El sistema de detección autónomo es capaz de (1) procesar rápidamente y analizar con precisión muestras de aerosol o agua con un alto nivel de confianza; (2) automatizar e integrar las principales funciones del sistema en el detector, incluyendo la recolección, preparación y análisis de muestras, así como la presentación de informes de resultados analíticos; (3) operar en los entornos interiores y exteriores para los que fue diseñado; y (4) difundir y archivar los resultados de los análisis y los datos operativos del sistema a través de la red C3, conocida como el Servicio de Soporte Operativo BioWatch Gen-3.

El sistema APDS opera de forma continua; puede detectar bajas concentraciones de agentes biológicos que podrían pasar desapercibidas para un sistema que solo se activa cuando la cantidad total de partículas en el aire es elevada. APDS recolecta muestras, las prepara para su análisis y las analiza para detectar múltiples agentes biológicos. Esta automatización reduce el costo y el personal necesarios para el análisis manual de las muestras.

Cuando APDS recoge muestras de aire o agua, primero las analiza mediante un detector de inmunoensayo . Si este detector arroja un resultado positivo, APDS realiza un segundo ensayo basado en la amplificación y detección de ácidos nucleicos . Contar con dos sistemas de ensayo diferentes aumenta la fiabilidad del sistema y minimiza la posibilidad de falsos positivos.

El detector de inmunoensayo incorpora matrices líquidas, un ensayo multiplexado que utiliza microesferas de poliestireno de pequeño diámetro recubiertas con miles de anticuerpos . Cada microesfera está coloreada con una combinación única de colorantes que emiten luz roja y naranja. El número de agentes que se pueden detectar en una muestra está limitado únicamente por el número de conjuntos de microesferas coloreadas. Cuando la muestra se expone a las microesferas, un agente biológico , si está presente, se une a la microesfera con el anticuerpo apropiado. A continuación, se añade a la muestra un segundo anticuerpo marcado con fluorescencia, lo que da como resultado un objetivo altamente fluorescente para el análisis por citometría de flujo. La preparación de la muestra y la realización de este primer análisis lleva menos de 30 minutos.

Los ensayos de ácidos nucleicos requieren la amplificación de una o más secuencias diana de ácido nucleico. Se sintetizan cadenas cortas de ADN monocatenario con secuencias conocidas y se unen a puntos en la matriz de forma predeterminada ^{[ 2 ].} La detección de estos puntos que contienen ADN diana hibridado permite determinar la secuencia de ADN en la diana desconocida. El ARN se hibrida fácilmente para formar estructuras bicatenarias con su secuencia complementaria (AT, CG, GC, UA). Por lo tanto, las matrices de ADN monocatenario pueden utilizarse para detectar ARN mediante hibridación.

TABLA 1.1 Lista priorizada de agentes de amenaza biológica de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) ^a

Research Internationals comercializa sistemas autónomos y portátiles para salas de correo, denominados ASAP II. ASAP II permite la detección en tiempo real de agentes de guerra biológica, agentes químicos y sustancias químicas industriales tóxicas, explosivos en forma de partículas y vapores, y materiales nucleares. El sistema puede personalizarse según las necesidades de la sala de correo.

ASAP II es un sistema automatizado de detección e identificación de agentes químicos, biológicos y nucleares. El sistema puede detectar e identificar de cuatro (módulo RAPTOR) a ocho (módulo BioHawk) agentes biológicos en tiempo real. Periódicamente o bajo demanda, se envía una muestra concentrada a los módulos y, en quince minutos, estos sistemas identifican la presencia de cualquier agente biológico y notifican al operador si se detecta algún agente peligroso.

Los sistemas deben ubicarse en una sala de presión negativa sobre una mesa de extracción descendente. Un módulo de muestreo de aire dentro de los sistemas aspira aire hacia la mesa de extracción descendente para su análisis. El muestreo es continuo hasta que se completa el lote de correo, lo que puede tardar desde unos minutos hasta horas o días. Los sistemas pueden procesar miles de piezas de correo por hora. ^{[ 3 ]}

El sistema puede adaptarse a situaciones donde se requiere monitorear patógenos ambientales o clínicos. Por ejemplo, APDS podría detectar moho o esporas de hongos en edificios o la propagación aérea de materiales contagiosos en hospitales. También podría identificar brotes de enfermedades en centros de transporte de ganado o corrales de engorde . En el agua, APDS puede detectar patógenos en aguas residuales, líneas de riego agrícola, plantas procesadoras de alimentos, piscifactorías y playas.

Sistemas automatizados de detección de agua

KRAKEN

Kraken Sense produce el sistema autónomo de detección de patógenos KRAKEN. El dispositivo toma muestras de cualquier fuente de agua de forma continua y en tiempo real, proporcionando resultados en tan solo 60 minutos para alertar sobre una posible contaminación. Si se detecta contaminación en fuentes de agua agrícolas o en plantas procesadoras de alimentos, por ejemplo, los operadores pueden retirar el lote afectado antes de que el producto llegue al mercado, previniendo así enfermedades transmitidas por los alimentos . Además, el uso de KRAKEN en aguas residuales puede funcionar como un sistema de biovigilancia que permite a las autoridades de salud pública disponer de más tiempo para prepararse ante un posible brote de enfermedad infecciosa. ^{[ 4 ]}

• "Respuesta a la detección de Bacillus anthracis en aerosol mediante sistemas de detección autónomos en el lugar de trabajo" . Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades . 30 de abril de 2004. Consultado el 11 de septiembre de 2020 .
• Preguntas frecuentes: ¿Qué es el sistema de detección de riesgos biológicos del USPS®? (PDF) . UPS. 2013. Consultado el 11 de septiembre de 2020 .

• Hindson et al. Sistema autónomo de detección de patógenos . Informe preparado para la 2.ª Conferencia Conjunta sobre Detección Puntual para la Defensa Química y Biológica; Williamsburg, VA; 3 de marzo de 2004.