Los sistemas de detección autónoma (ADS) , también llamados sistemas de detección de riesgo biológico o sistemas de detección de patógenos autónomos , 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 en el aire o el agua capaces de causar enfermedades o la muerte en seres humanos. Estos sistemas monitorean el aire o el agua de manera continua y envían alertas en tiempo real a las autoridades correspondientes en caso de un acto de bioterrorismo o guerra biológica .
En Estados Unidos , se desarrolló un sistema ADS (BDS) para el Servicio Postal de Estados Unidos 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 puso en marcha un programa llamado BioWatch , que funciona en más de 21 ciudades de Estados Unidos.
En Canadá, una empresa de biotecnología llamada Kraken Sense desarrolló un sistema autónomo de detección de patógenos para la Autoridad de Aeropuertos del Gran Toronto (GTAA) durante la pandemia de COVID-19 .
El programa BioWatch está financiado y supervisado por el Departamento de Seguridad Nacional (DHS). El programa BioWatch tiene tres componentes principales: muestreo, análisis y respuesta. Cada uno de estos componentes está a cargo de tres agencias diferentes. La Agencia de Protección Ambiental (EPA) se encarga del componente de muestreo: los sensores que recogen partículas en el aire. Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) coordinan el análisis y las pruebas de laboratorio de las muestras. Las autoridades locales son responsables de la respuesta de salud pública a los hallazgos positivos. La Oficina Federal de Investigaciones (FBI) está designada como la agencia principal para la respuesta de las fuerzas del orden si se detecta un evento de bioterrorismo. (Shea y Lister, 2003)
Con el dispositivo autónomo de PCR cuantitativa KRAKEN , Kraken Sense monitoreó las aguas residuales del aeropuerto para detectar la presencia de variantes del SARS-CoV-2 , como la ómicron y la viruela del mono , y así actuar como un sistema de alerta temprana para enfermedades infecciosas que ingresan al país. Este programa fue financiado en parte por el Programa de Asistencia para la Investigación Industrial del Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC IRAP). [1]
APDS monitorea el aire y el agua en busca de tres tipos de agentes biológicos amenazantes: 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, incluida la recolección de muestras, la preparación, el análisis y la generación de informes de resultados analíticos; (3) operar en los entornos interiores y exteriores previstos; 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 de Operaciones BioWatch Gen-3.
APDS funciona de forma continua; el sistema puede detectar concentraciones bajas de agentes biológicos que podrían pasar desapercibidas con un sistema que se activa solo cuando la cantidad total de partículas en el aire es alta. APDS recoge muestras, las prepara para el análisis y realiza pruebas para detectar múltiples agentes biológicos. Esta automatización reduce el costo y la cantidad de personal que se necesitaría para analizar las muestras manualmente.
Cuando APDS toma muestras de aire o agua, primero las pasa por un detector de inmunoensayo . Si el detector arroja un resultado positivo, APDS realiza un segundo ensayo basado en la amplificación y detección de ácidos nucleicos . Tener dos sistemas de ensayo diferentes aumenta la confiabilidad 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 diámetro pequeño recubiertas con miles de anticuerpos . Cada microesfera está coloreada con una combinación única de colorantes que emiten rojo y naranja. La cantidad de agentes que se pueden detectar en una muestra está limitada solo por la cantidad de conjuntos de microesferas de colores. Cuando la muestra se expone a las microesferas, un bioagente , si está presente, se une a la microesfera con el anticuerpo apropiado. Luego se agrega un segundo anticuerpo marcado con fluorescencia a la muestra, lo que da como resultado un objetivo altamente fluorescente para el análisis de flujo. Preparar la muestra y realizar 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 en secuencias conocidas y se unen a puntos en la matriz de una manera predeterminada [2]. La detección de estos puntos que contienen ADN diana hibridado permite conocer la secuencia de ADN en el objetivo desconocido. 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 se pueden utilizar para detectar ARN mediante hibridación.
CUADRO 1.1 Lista priorizada de agentes de amenaza biológica de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC)
Research Internationals vende sistemas portátiles e independientes para su uso en 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 se puede personalizar según las necesidades de la sala de correo.
ASAP II es un sistema automatizado de detección e identificación química, biológica y nuclear. El sistema puede detectar e identificar de cuatro (módulo RAPTOR) a ocho (módulo BioHawk) agentes biológicos en tiempo real. Periódicamente o a demanda, se envía una muestra concentrada a los módulos y en quince minutos estos sistemas identificarán la presencia de cualquier agente biológico y notificarán al operador si se detecta un agente peligroso.
Los sistemas deben estar en una sala de presión negativa sobre una mesa de tiro descendente. Un módulo de muestreo de aire dentro de los sistemas aspira aire hacia la mesa de tiro descendente para su análisis. El muestreo es continuo hasta que se completa el lote de correo, lo que puede llevar unos minutos, horas o días. Los sistemas pueden manejar miles de piezas de correo por hora. [3]
El sistema se puede adaptar a situaciones en las que se requiera el control de patógenos ambientales o clínicos. Por ejemplo, el APDS podría detectar la presencia de 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, el APDS puede detectar patógenos en aguas residuales, líneas de riego agrícola, procesadores de alimentos, piscifactorías y playas.
Research International produce y vende el sistema de detección de partículas TacBio. El sistema toma muestras del aire de forma continua y controla los niveles de partículas de aerosol o biopartículas.
No identifica el tipo de biopartícula detectada, pero notifica al encargado de la sala de correo si hay partículas o biopartículas en exceso. Se trata de un sistema de alerta temprana que le da al supervisor de la sala de correo tiempo suficiente para detectar una amenaza potencial y realizar pruebas para detectar agentes biológicos o amenazas transmitidas por el aire antes de que el correo se entregue a un destinatario.
El sistema de detección de sustancias químicas ChemPRO 100 es un detector químico portátil para la detección y clasificación en campo de agentes de guerra química. Si llega correo con una sustancia no identificada, este detector portátil se puede utilizar para identificar inmediatamente la sustancia química.
El detector de partículas explosivas Hardened Mobile Trace detecta una amplia gama de explosivos y narcóticos en segundos. El sistema identificará explosivos en paquetes o sobres que a menudo son indetectables por las máquinas de rayos X. Este detector portátil amplía la gama de explosivos objetivo que puede identificar en una sola muestra para una detección más rápida y completa. Como se mencionó, este sistema también detecta una amplia gama de narcóticos. El sistema detecta explosivos y narcóticos simultáneamente en una sola muestra, para una detección más rápida y completa. [3]
Kraken Sense produce el sistema de detección de patógenos autónomo KRAKEN. El dispositivo toma muestras de forma continua de cualquier fuente de agua en tiempo real y ofrece resultados en tan solo 60 minutos para alertar sobre una posible contaminación. Si se detecta contaminación en fuentes de agua agrícolas o procesadores de alimentos, por ejemplo, los operadores pueden retirar el lote afectado antes de que el producto ingrese al mercado, lo que previene enfermedades transmitidas por los alimentos . Además, el uso del KRAKEN en aguas residuales puede actuar como un sistema de biovigilancia que permite a las autoridades de salud pública disponer de más tiempo para prepararse ante un posible brote de enfermedades infecciosas. [4]