Exterminando el Ántrax

Investigaciones financiadas por la NASA --y la industria -- destinadas a hacer crecer plantas en el espacio, han permitido construir un aparato que ataca y destruye patógenos transportados por el aire -- como el ántrax (o carbunco).

Febrero 1, 2002: Invisible y sin olor, una nube de esporas de ántrax (o carbunco) flota en el aire de la oficina. Adentro, la gente está conversando, riendo ... respirando. No tienen idea que hay algo maligno en el aire. Un bostezo, un suspiro, una alegre carcajada podría ser mortal.

Así trabaja el bioterrorismo.

Pero en este caso la oficina tiene una defensa: atornillada al techo hay una curiosa caja plana. Hecha de metal, tiene el tamaño de una mesa y susurra suavemente -- es el sonido de ventiladores atrayendo hacia ella las esporas suspendidas en el aire y alejándolas de la gente. La brisa es suave pero insistente. Ocho metros cúbicos de aire fluyen por la caja cada minuto.

Arriba: Las esporas de ántrax, también llamado carbunco, que aparecen en esta micrografía de sección delgada, son versiones inactivas de la bacteria Bacillus anthracis. Estas bacterias, que pueden sobrevivir por décadas dentro de la resistente capa protectora de la espora; son activadas cuando son inhaladas por los humanos. [más información]

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Lo que hay en su interior significa una mala noticia para el ántrax. El aire arremolinado obliga a las esporas a pasar a través de una impresionante masa de finos tubos, repletos con iones de hidróxilo (OH^-) que atacan y destruyen los patógenos. Algunas esporas son aplastadas contra el laberinto de paredes de tubos de OH^-. Otras son atrapadas y retenidas en los remolinos de aire y expuestas a fotones ultravioletas de alta energía (254 nm). Cada segundo, cien mil millones de estos fotones bañan la cámara -- y sólo uno es suficiente para destruir una espora.

"Las esporas que pasan a través de la caja no son filtradas, son cocidas", afirma John Hayman, cuya empresa, KES Science & Technology, Inc., construye y vende el aparato llamado AiroCide TiO₂. "Esto es importante", destaca, ya que "a nadie le gustaría cambiar un filtro de aire cargado con ántrax". Las pruebas han demostrado que hasta el 93% de las esporas de ántrax que ingresan en el AiroCide TiO₂ son destruidas. Las sobrevivientes circulan fuera de la cámara y es seguro que serán absorbidas nuevamente en otra pasada.

Abajo: Técnicos instalan una caja de AiroCide TiO₂ en el techo de una oficina.

Este extraordinario eliminador de ántrax es resultado de una investigación financiada por la NASA -- y la industria -- orientada a construir mejores invernaderos en el espacio. "Parecería que los invernaderos tienen poco que ver con la guerra contra el terror", dice Mark Nall, director del programa de Desarrollo de Productos Espaciales de la NASA's (Space Product Development - SPD). "Pero esto demuestra cómo la investigación espacial, además de sus beneficios directos, ayuda a la gente de la Tierra de maneras inesperadas".

Hayman explica: "Los astronautas que se aventuren en el espacio interplanetario, eventualmente necesitarán cultivar su propio alimento en invernaderos. Pero hay un problema: las hojas de las plantas cultivadas liberan etileno (C₂H₄) -- un gas que hace que las frutas y los vegetales maduren". En los recintos cerrados de una nave espacial (o dentro de una cámara cerrada de crecimiento de plantas), el etileno se acumula, provocando que las plantas maduren en forma prematura.

Los invernaderos espaciales necesitaban de una nueva tecnología para remover el etileno.

Marc Yerson, un profesor y químico de la Universidad de Wisconsin-Madison, dirigió el equipo que realizó un descubrimiento decisivo a mediados de los noventas. El grupo encontró que capas ultra-finas de dióxido de titanio (TiO₂) expuestas a la luz ultravioleta, convierten eficientemente el etileno en dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O) -- sustancias que son buenas para las plantas. El mismo dióxido de titanio es un componente inofensivo, colorante utilizado en muchos productos de consumo masivo. Es un catalizador en la reacción que destruye el etileno -- donde el TiO₂ no es consumido.

Desde entonces, removedores de etileno en base a TiO₂ han volado al espacio dentro de un par de cámaras de crecimiento de plantas: ASTROCULTURE™ a bordo del Transbordador espacial de la NASA y un ASTROCULTURE™ AVANZADO en la Estación Espacial Internacional (EEI). Ambos fueron diseñados y construidos por el Centro Wisconsin Para la Robótica y la Automatización del Espacio (WCSAR en inglés), en colaboración con Marc Yerson. (WCSAR es un Centro Comercial Espacial de NASA en la Universidad de Wisconsin -- uno de los 17 centros de este tipo, repartidos por Estados Unidos patrocinados por el programa de Desarrollo de Productos Espaciales de la NASA, destinado a estimular la comercialización del espacio por la industria).

Arriba: Una vista desde arriba de la cámara de crecimiento de plantas ASTROCULTURE™ AVANZADO en la EEI, donde las luces rojizas iluminan las hojas superiores de plantas de Arabidopsis. [más información]

La tecnología funcionó tan bien que la Universidad de Wisconsin se asoció con la empresa KES Science y Technology, Inc., para desarrollar un limpiador de etileno para la Tierra. El aparato, llamado Bio-KES, hace maravillas en los supermercados, donde el etileno presente en el aire de los pasillos reduce la vida de los vegetales en los estantes. El Bio-KES fue nombrado por la Revista Discover como el Producto del año en 1998, y desde entonces se ha estado despachando a todo el mundo para ser usado por abastecedores y floristas.

Por otra parte, el Bio-KES es el antecesor del AiroCide TiO₂.

"Fue un descubrimiento realizado al azar, recuerda Hayman. Las pruebas mostraban que el Bio-KES no sólo removía el etileno, sino que además mataba los ácaros que existen en el aire. Pronto, Marc Yerson se dio cuenta por qué: cuando los fotones ultravioletas (UV) chocan con algo revestido con TiO₂ -- como los tubos dentro del Bio-KES -- aparecen en su superficie cargas positivas y negativas. Estas cargas descomponen las moléculas de agua cercanas. El ion OH^-, un subproducto de la reacción, destroza las moléculas orgánicas. Es mortal para los ácaros del polvo, ántrax y muchos otros patógenos.

Arriba: Las deposiciones de ácaros del polvo microscópicos, como éste, desencadenan alergias humanas. [más información]

Los técnicos modificaron el Bio-KES -- agregándole, entre otras cosas, lámparas UV de alto poder, para darle otro "elemento letal", dice Hayman -- y así nació el AiroCide TiO₂.

Dean Tompkins, un colega de Yerson en la Universidad de Wisconsin, está a cargo de las pruebas con el AiroCide TiO₂. "No usamos el ántrax real", afirma. "Eso sería muy peligroso. En cambio, experimentamos con uno de sus parientes no-virulentos: el bacillus thurengiensis". Durante un experimento típico, Tompkins envía una nube de aproximadamente 1000 esporas a través de la cámara del AiroCide. Solamente unas 100 emergen intactas.

Abajo: En el laboratorio de la Universidad de Wisconsin, una cámara de plexiglás (izquierda) que contiene esporas aéreas cubre la entrada a un AiroCide TiO₂. Pocos microbios sobreviven la travesía por la máquina. La puerta de salida (derecha) muestra lámparas UVC encendidas adentro.

Las esporas que ingresan en el AiroCide TiO₂ permanecen entre 5 a 10 segundos en tránsito por el aparato. "Esto es importante", añade Hayman, "porque los patógenos que se quedan dentro por más tiempo, tienen más posibilidades de ser eliminados". Para disminuir la velocidad de las esporas, los tubos recubiertos con TiO₂ están distribuidos al azar dentro de la unidad -- no hay un paso directo por la máquina. Cuando el aire se desplaza por el revoltijo de tubos, el flujo se hace turbulento -- obligando a las esporas a quedarse por más tiempo en lugares donde pueden ser atacadas por el OH^-, e iluminadas por la germicida luz ultravioleta.

Estas poderosas herramientas contra el bio-terrorismo, parecen estar aún muy lejos de los invernaderos de las películas de Star Ttrek, pero es así como se hacen muchos descubrimientos: no se puede saber que invención nueva puede aparecer -- como el AiroCide TiO₂ -- o qué puede ser eliminado en el proceso -- ¡como el ántrax!

Para conocer más sobre el AiroCide TiO₂ y otras tecnologías espaciales similares, visite el Portal de Internet del programa de Desarrollo de Productos Espaciales de la NASA's (Space Product Development - SPD): http://spd.nasa.gov.

Programa de Desarrollo de Productos Espaciales -- El objetivo del programa de Desarrollo de Productos Espaciales de la NASA (Space Product Development - SPD), administrado por el Centro Marshall para Vuelos Espaciales, es colaborar con los empresarios americanos para explorar el potencial -- y cosechar los beneficios -- de hacer negocios en el espacio. Los SPD ayudan a traer los beneficios del espacio a la gente de la Tierra donde mejoran la vida cotidiana de los americanos y de muchos otros terrícolas.

Ciencia y Tecnología KES -- los fabricantes del Bio-KES y del AiroCide TiO₂.

Centro Wisconsin Para la Robótica y la Automatización del Espacio -- un Centro Comercial Espacial patrocinado por la NASA en la Universidad de Wisconsin.

El profesor Marc Anderson -- un científico de la Universidad de Wisconsin-Madison que investiga y desarrolla tecnologías de avanzada en oxidación fotocatalítica. Anderson ha inventado técnicas para recubrir superficies con capas de menos de un micrón de TiO₂. "Esta fue la clave para el Bio-KES", afirma Hayman. "Estas delgadas películas de TiO₂ son químicamente muy activas, y no se descascaran no importa las largas exposiciones a la luz ultravioleta".

Cursillo Interactivo Sobre el Ántrax -- una excelente introducción al bacillus anthracis del Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos.

Derecha: Según el Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos, si una persona inhala una sola espora de ántrax, es poco probable que se enferme. Se necesitan miles para desatar una infección por el bacillus anthracis. Todas estas esporas parecieran ser muchas, pero en realidad no es así. Las esporas de ántrax miden sólo unos pocos micrones, por lo que en la cabeza de un alfiler podrían caber varios miles de éstas. [más información]

Enlaces a Otros Sitios Sobre el Ántrax : Ántrax en la Encyclopedia.com; Preguntas y Respuestas sobre el Ántrax del Centro para el Control de Enfermedades de EE.UU. (CDC) (en español); otra Página de Preguntas y Respuestas sobre el Ántrax del CDC; CDC Imágenes de inhalación de ántrax; Portal de información sobre el ántrax del Departamento de Defensa de Estados Unidos.

Astronautas de Color Verde -- (Ciencia@NASA) Los científicos de NASA están aprendiendo a cultivar plantas en el espacio. Estos remotos cultivos eventualmente tomarán su lugar junto a personas, microbios y máquinas en hábitats autónomos para astronautas. (Español).

Semillas Espaciales Regresan a la Tierra -- (Science@NASA) Vainas con semillas de un experimento de cultivo comercial a bordo de la EEI están de regreso en nuestro planeta. Las vainas llegadas del cielo podrían contener la clave a la colozación de largo plazo del espacio.

Un Grupo para Estudio de Plantas Espaciales -- (Ciencia@NASA) Esta semana, estudiantes, científicos y astronautas unirán sus esfuerzos para estudiar cómo crecen las plantas en el espacio. (Español).

Organización Panamericana de la Salud -- Definiciones y Recomendaciones de La Organización Panamericana de la Salud en caso de ántrax. (Español).