Inmunoensayos para exploración planetaria: implementación en instrumentación para análisis “in situ”

Abstract

Uno de los mayores retos de la astrobiología es la búsqueda de señales de vida en otros cuerpos planetarios. Con el objetivo de detectar biomarcadores moleculares, se desarrolló en el Centro de Astrobiología el instrumento denominado SOLID, por ‘‘Signs Of LIfe Detector’’, provisto del biosensor inmunológico LDChip (por “Life Detector Chip”), un microarray de anticuerpos capaz de detectar multitud de analitos de muestras sólidas o líquidas. El concepto SOLID-LDChip es novedoso en exploración planetaria y, para aumentar su madurez y nivel tecnológico, es un requisito imprescindible que sus componentes más críticos soporten las duras condiciones a las que se verán expuestos en una misión. Uno de esos componentes es el corazón biosensor LDChip y los anticuerpos. En esta tesis se ha testado y evaluado la estabilidad de los componentes bioquímicos de LDChip (anticuerpos capturadores inmovilizados en el microarray y anticuerpos trazadores marcados con fluorescencia) sometiéndolos a condiciones relevantes para el espacio (radiación ionizante, temperaturas extremas fluctuantes, o diferentes tipos y tiempos de almacenaje). Los resultados mostraron que, en las condiciones de protección y conservación adecuadas, los anticuerpos, fluorocromos y el inmunoensayo en general serían funcionales bajo las dosis de radiación y temperaturas fluctuantes en una misión a Marte de al menos 2 años de duración. Asimismo, se ha testado y validado la versión de campo de SOLIDv3.0 y LDChip con 300 anticuerpos para la detección de biomarcadores microbianos en ambientes análogos terrestres de Marte, como son los depósitos salinos evaporíticos del Desierto de Atacama (Chile) y el permafrost y ambiente hidrotermal de Isla Decepción (Antártida). Se demostró la sensibilidad de SOLID-LDChip en el entorno de ng mL-1 o 103-105 células o esporas por mL en los extractos y su capacidad para detectar biomarcadores moleculares en muestras del subsuelo de Atacama obtenidas a más de 2 m de profundidad. La información proporcionada por SOLID-LDChip es rica y permite identificar en el campo en pocas horas los elementos principales de las comunidades microbianas.

The search for signs of life in other planetary bodies is one of the main challenges for astrobiology. With the aim of detecting molecular biomarkers, the instrument SOLID (“Signs Of LIfe Detector”) has been developed in Centro de Astrobiología. It contains the immunologic biosensor LDChip (“Life Detector Chip”), a microarray able to detect multiple analytes from liquid and solid samples. The concept SOLID-LDChip is a novelty in planetary exploration, and therefore it is mandatory, in order to increase its maturity and technological level, that its most critical components are able to bear the tough conditions to which they will be exposed in a mission. One of such components is its core biosensor LDChip and the antibodies. In this thesis the stability of LDChip biological components (tracer antibodies, labeled with fluorescence, as well as capturing antibodies) was tested under conditions of radiation, temperature, storage techniques and times that apply to a planetary exploration mission. Results show that, under proper storage and protection conditions, antibodies, fluorochromes and the immunoassay in general would be functional under the doses of radiation and fluctuant temperatures that would exist in a 2-year-or-more mission to Mars. Furthermore, the field version of SOLID v3.0 and LDChip with 300 antibodies has been tested and validated for the detection of microbial biomarkers extreme environments that are considered analogous of Mars: arid hypersaline environments in Atacama Desert (Chile), and permafrost and hydrothermal environment in Deception Island (Antarctica). SOLID-LDChip sensitivity was assessed to the range of ng mL-1 or 103-105 cells or spores per mL, as well as its ability to detect molecular biomarkers in Atacama subsoil samples obtained at 2m depth. SOLID-LDChip provides rich information, which allows on-field identification of the main component of microbial communities in a few hours.