Efectivamente, en los últimos 30 años la industria del salmón en Chile ha sido afectada por la aparición de diversos patógenos, provocando altos índices de mortalidad en esta especie y un considerable aumento del uso de antibióticos en un sector de la economía que ha llegado a representar el 2,8% del Producto Interno Bruto (PIB) total de nuestro país, siendo el segundo rubro de mayor exportación después del cobre.

Entre los cuatro patógenos más relevantes se encuentran dos bacterias. Una es Piscirickettsia salmonis, agente causal de la enfermedad llamada Piscirickettsiosis, y es responsable del 95% de antibióticos que se aplican en la industria. La otra bacteria es Renibacterium salmoninarum, que produce la enfermedad bacteriana del riñón (BKD) en los peces. En este último caso, alrededor del 3,6 % de los antibióticos que se utilizan están destinados a su tratamiento.

Por otro lado, dos enfermedades de origen viral afectan a la industria. La primera de ellas es la Anemia Infecciosas del Salmón, causada por el virus ISA, que provocó una crisis sanitaria muy grande entre los años 2006 y 2007, generando mortalidades de casi un 50% de la producción. A partir de aquella época se puso en marcha un plan de vigilancia establecido por el Servicio Nacional de Pesca (Sernapesca), que obligó a los centros de cultivo a efectuar el monitoreo constante de la presencia del virus ISA.  En el último tiempo, a pesar de que no se han presentado grandes brotes, se mantiene una prevalencia de más del 30% en los diagnósticos que se hacen de manera rutinaria. La segunda enfermedad viral es la Necrosis Pancreática Infecciosa, causada por el virus IPN. Si bien en agua de mar no produce problemas, sí afecta seriamente a la fase en agua dulce en pisciculturas, previo a la fase de engorda en el agua de mar.

Desde hace muchos años, los patógenos de los salmones han sido el principal motivo de estudio y preocupación para el profesor Fernando Gómez. Actualmente, en conjunto con diversos colaboradores de la PUCV y, como se mencionó anteriormente, con el apoyo de la Fundación COPEC-UC, han desarrollado y optimizado un sistema que permite el diagnóstico preventivo de estos 4 patógenos, basado en el PCR LAMP (Loop-Mediated Isothermal Amplification). La tecnología optimizada pretende ser aplicada directamente en los centros de cultivos, de forma rápida en la entrega de resultados y con precios convenientes, a diferencia de lo que hoy en día es posible encontrar en el mercado.

Según lo que ha investigado el Dr. Gómez y el equipo que dirige, “no existe ningún sistema, dice el propio Dr. Gómez, que nos permita obtener resultados en el mismo centro de cultivo para estos cuatro patógenos. Los diagnósticos oficiales se hacen rutinariamente en los únicos siete laboratorios acreditados por Sernapesca. Estamos hablando de lugares alejados, en zonas de difícil acceso, que a veces están entremedio de fiordos, como es el caso de Puerto Chacabuco, y en muchas ocasiones cerca de glaciales. Esto significa que, desde la toma de muestra en los centros de cultivo, hasta que llegan al laboratorio de diagnóstico, más dos días de transporte, pueden pasar cinco días antes de tener resultados. A esto se agrega un dato económico, y es que un laboratorio de diagnóstico cobraría una cifra cercana a las 2UF por muestra a cambio de la detección, sin considerar el transporte”.

El director de este proyecto señala, igualmente, que en el caso del virus ISA los brotes se desarrollan muy rápido, matando a los peces en cinco días. Asimismo, la Piscirickettsiosis, es muy agresiva y se disemina rápidamente. Explica, además, que “el sistema estándar actual (qPCR) que se utiliza para detectar estos patógenos, es un sistema que requiere equipos y reactivos costosos, y personal especializado. Adicionalmente, desde el proceso de extracción de material genético y hasta finalizar el qPCR, tarda 1 día el procedimiento. Por el contrario, la técnica LAMP que nosotros aplicamos es en este sentido novedosa, ya que utiliza una ADN polimerasa diferente, la que actúa en condiciones isotermales, y además tiene la capacidad de ser más rápida y eficiente.

Cabe destacar que el PCR es un sistema que requiere generar múltiples copias por enzima, y para poder funcionar bien necesita diferentes ciclos de temperatura: “Tienes que subir la temperatura a 95 grados para que la doble hebra del ADN se abra, y luego bajar la temperatura para que la enzima pueda trabajar, porque esta enzima actúa a 60 grados. Por lo tanto, hay que subir y bajar temperatura muchas veces. En cambio, la gracia que tiene nuestro sistema LAMP es que la enzima por sí sola rompe la doble hebra de ADN; no requiere subir y bajar temperatura, mantiene una temperatura constate de 60 grados. Es decir, ya no se necesitarían equipos que valen 10 millones de pesos, sino que basta una placa calefactora que podría valer 500 mil pesos o menos”, informa el profesor.

Actualmente, con el propósito de vincular esfuerzos entre diferentes centros de investigación de nuestra universidad, se está trabajando en un prototipo de placa calefactora para acoplarlo al sistema LAMP en el laboratorio Valparaíso Makerspace, un espacio de experimentación y prototipado, ubicado en el subterráneo de la Facultad de Ingeniería (PUCV), abierto a la comunidad, que utiliza la manufactura personal para la creación de proyectos tecnológicos innovadores con impacto social, económico y ambiental.

Mediante un equipo interdisciplinario, Valparaíso Makerspace está elaborando el diseño de LAMP. Participan en ello profesionales de distintas áreas del conocimiento. Encabezando este espacio, está la ingeniera comercial Dayan Echeverría, Coordinadora General de Valparaíso Makerspace. Su Coordinador Técnico es César Cofré, ingeniero electrónico. Además, colaboran Nicolás Mora, Ingeniero en el Diseño de Productos, y Fernanda Vargas, periodista, encargada de las Comunicaciones del laboratorio. “Cada uno de nosotros, afirma Dayan, juega un rol muy importante y el prototipado, dentro del proceso de innovación, es un área muy significativa, ya que, por ejemplo, permite validar hipótesis, entre otras cosas. Acá estamos bajo la Facultad de Ingeniería, vale decir que aportamos con soluciones de ingeniería a otras diciplinas. Este es un valor que debería reproducirse en toda la universidad. Por eso, este proyecto en particular es un desafío para nosotros, ya que nos invita a crear un prototipo desde la ingeniería con aplicación en la ciencia”.

El grupo de Valparaíso Makerspace sabe que el proyecto presentado por el Instituto de Biología (PUCV) va a generar impacto. Por eso mismo ha concentrado todos sus esfuerzos en avanzar rápidamente. Para Nicolás Mora, a cargo de la ingeniería en el diseño de LAMP, ya estarían acercándose al final: “nos encontramos resolviendo físicamente la distribución interna, el comportamiento de los materiales, y cuando tengamos algo más encapsulado haremos un gran feedback de usabilidad. Por lo menos en la teoría se habría resuelto el sistema funcional. Para mí es una herramienta muy potente la de poder modelar virtualmente, porque me ayuda a redistribuir los elementos en forma previa, y así no perder tantas horas de impresión ni tampoco tantas impresiones fallidas. El hecho de que este sea un espacio colaborativo lo convierte en algo más tranquilizador y que se escapa de lo técnico, pero a la vez lo hace más humano para trabajar bien”.

Por su parte, César Cofré agrega que el sistema de control de temperatura ha sido una de las mayores dificultades que han tenido con este prototipo. “Desde la electrónica no es tan simple, por un tema de programación. Es complejo llegar a la temperatura necesaria en un tiempo determinado. Al comienzo fue una dificultad, porque requería mucho ensayo. Sabíamos que nos iba a costar, por eso es un desafío para nosotros y lo hemos pasado bien tratando de resolverlo. Siempre está el riesgo de que algo salga mal, pero hasta ahora y de acuerdo a nuestra experiencia, está todo bajo control y dentro de lo esperable”.

La idea del Dr. Fernando Gómez es que en algún momento esta placa calefactora acoplada al LAMP también pueda llegar a funcionar con batería, para que, en caso de no poder contar con corriente eléctrica, se realicen detecciones por un par de horas, con este sistema que se compra una vez y es rápido, en términos de que se extrae el material genético, que va dentro del mismo kit que se está prototipando. Luego, el revelado no debería tardar más de 45 minutos o una hora. El profesor Fernando Gómez siente que este es un proyecto muy novedoso, “porque en general en ciencias no nos relacionamos mucho con este tipo de áreas que tienen que ver con el prototipado. Pero en nuestro caso hemos querido enfocarnos en la ciencia aplicada, ofrecer productos comercializables y que den alguna solución a un problema, como es el caso de la salmonicultura y los patógenos”. Complementa el experto que, “en ese sentido, trabajar con Valparaíso Makerspace no solamente ha sido un apoyo en el desarrollo de esta placa calefactora, sino que también ellos van a hacer el diseño del kit completo, definiendo cómo van a ir los tubos con las soluciones que se tienen que mezclar, para luego hacer la detección”.

Estos tubos, que incluyen el kit completo, sirven para treinta muestras. Una vez que se agotan hay que volver a comprar. No es un sistema que pueda detectar los cuatro patógenos, sino que esta detección es individual. El objetivo del equipo investigador es producir un kit para cada una de las cuatro enfermedades. “Nuestro kit, agrega el mismo Dr. Gómez, está acoplado a un cambio colorimétrico; entonces, cuando se producen muchas copias del ADN, cambia el PH de la solución y se produce este cambio. Ahí diferenciamos la muestra positiva de la negativa. La ventaja en este caso es que no se requieren costosos equipos; tampoco un personal especializado. Bastaría con una capacitación corta. Y a diferencia con lo que hay en el mercado, en nuestro revelado no se necesita mayor manipulación. Abres los tubos una vez, cargas la muestra, se cierra, se pone en la placa calefactora y no vuelves a manipularla. No así con otros sistemas en los que hay que incubar la muestra y luego se utilizan unas tiras de flujo lateral, que una vez que se genera la reacción hay que abrir el tubo, sumergir la tira y esperar a que reaccione unos 15 a 20 minutos. Esto, además de ser más caro, es más lento y hay mayores posibilidades de error por la cantidad de veces que hay que abrirlo para introducir la tira”.

En la ejecución de este proyecto han participado distintos investigadores. A su director, el profesor Fernando Gómez, lo acompañan el académico Sergio Marshall, como director alterno; y los profesionales Nicolás Ojeda, postdoctorado del proyecto; el bioquímico Oscar Arredondo; Martín Galaz, quien es biólogo y realizó su tesis de Magíster en Ciencias Microbiológicas del Instituto de Biología y también ha apoyado dentro del área de gestión; Carolina Escobar y Sandra Zelada en la parte gestión y administración.    

Todos ellos han puesto sus energías en una técnica que podría llegar a aplicarse en cualquier enfermedad de patógenos. Para el director del proyecto hay más desafíos que enfrentar, empezando por evaluar también la posibilidad de aplicarse en algunas plantas, como en nogales y kiwis, donde ya ha funcionado muy bien. Y llegar en el futuro a transformar esta propuesta en una pequeña empresa que ofrezca soluciones diagnósticas para diferentes ámbitos. Incluso, podría llegar a aplicarse en humanos. En lo inmediato, los investigadores esperan presentar el cierre de este proyecto a fin de año con el kit completo.