El indicador de cambio de color predice la floración de algas

  Agricultura 2022 UE
Brote de algas

Señal de advertencia sanitaria de que el agua contiene algas nocivas en Swan River, Perth, Australia Occidental.

A el exceso de fósforo en los sistemas de agua dulce hace que las algas, como el fitoplancton y las cianobacterias, crezcan sin control, convirtiendo el agua en una “sopa de guisantes” de estos organismos. Las floraciones pueden amenazar el suministro de agua potable porque algunas especies de algas liberan olores o toxinas desagradables. Pero si la gente supiera cuándo es probable que se desarrolle una floración de algas, podrían controlarla eliminando o matando las algas antes de que se conviertan en un problema.

Ahora, los investigadores de ACS Applied Nano Materials informan de un indicador que cambia de color cuando se expone a niveles crecientes de fosfatasa alcalina, una enzima que pronostica el crecimiento exponencial del fitoplancton. Este cambio puede detectarse a simple vista o con un teléfono inteligente.

Anteriormente, Jingjing Deng y sus colegas demostraron que la fosfatasa alcalina ayuda a liberar fósforo biodisponible de compuestos complejos y que los niveles crecientes de la enzima podrían pronosticar la proliferación de algas relacionadas con el fósforo. Sin embargo, los métodos actuales de detección de fosfatasa alcalina no son muy sensibles ni específicos. Entonces, los investigadores querían usar la reacción catalizada por la fosfatasa alcalina para inducir tanto la fluorescencia como los cambios de color visibles en una muestra de agua.

Para hacer el indicador de cambio de color, los investigadores primero combinaron iones de cobre con guanosina-5-monofosfato, formando nanopartículas esféricas. A continuación, incorporaron dos compuestos (1,1,2,2-tetra (4-carboxilfenil) etileno y sulforrodamina 101) dentro de las nanopartículas. El resultado fue una solución de color azul profundo en luz visible que emitía una fluorescencia violeta azulada bajo la luz ultravioleta. En presencia de fosfatasa alcalina, la solución cambió a un tono rosado y una fuerte fluorescencia roja bajo la luz ultravioleta.

Los investigadores probaron el indicador con agua de 13 ubicaciones de ríos que tenían fósforo biodisponible limitado, calculando las proporciones de fluorescencia de rojo a azul con la aplicación de escaneo de color de un teléfono inteligente. Descubrieron que el método digital portátil detectaba de manera confiable la fosfatasa alcalina y era tan robusto como las mediciones de laboratorio de la fluorescencia del indicador. Los investigadores también cultivaron cianobacterias productoras de toxinas en el laboratorio, las alimentaron con compuestos complejos que contienen fósforo y midieron los cambios de fosfatasa alcalina. Al tercer día, se detectó un gran aumento en la actividad enzimática con cambios de color tanto de fluorescencia como visibles. Unos días después, las algas estaban creciendo exponencialmente.

Debido a que el indicador y el sistema basado en teléfonos inteligentes detectaron el aumento de actividad antes de una floración, los investigadores dicen que podría desarrollarse para el monitoreo y la predicción de campo en tiempo real.

Los autores reconocen la financiación de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China, el Centro de Investigación de Ingeniería de Shanghai de Biotransformación de Residuos Sólidos Orgánicos y los Fondos de Investigación Fundamental para las Universidades Centrales.

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