¿Cuántas bacterias hay en una muestra?
Por Érika Rodríguez
Zacatecas, Zacatecas. 26 de abril de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Con el objetivo de optimizar en el área de microbiología el tiempo de identificación y contabilización de bacterias, en la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería Campus Zacatecas, del Instituto Politécnico Nacional (UPIIZ IPN), la alumna Erika Paloma Sánchez Femat, de la carrera de ingeniería en sistemas computacionales (ISC), desarrolla una aplicación móvil capaz de identificar y contabilizar colonias de microorganismos.
Por medio de la acción de esta aplicación móvil, diseñada para su empleo en laboratorios, el usuario ahorrará cerca de 98 por ciento del tiempo que comúnmente se tardaría en identificar y contabilizar las colonias de bacterias, ya que la aplicación arrojará en dos a tres segundos el resultado que manualmente tomaría cinco minutos o más.
La alumna Erika Sánchez Femat desarrolla su proyecto con la asesoría de los maestros en ciencias Elsa Verónica Herrera Mayorga, del laboratorio de biología; Mayra Alejandra Torres Hernández y Roberto Oswaldo Cruz Leija, adscritos al Centro de Desarrollo de Software (CDS), en la UPIIZ IPN.
En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, Sánchez Femat aseveró que el desarrollo de esta aplicación comenzó en marzo de 2015, por lo que se plantea que en mayo de 2016 ya esté disponible su descarga gratuita para dispositivos móviles con sistema operativo Android.
En el laboratorio de microbiología
La maestra Verónica Herrera, quien de formación también es licenciada en químico farmacobiología, destacó la importancia de esta aplicación en el área de la microbiología, ya que las áreas de estudio de los microorganismos son múltiples, tales como la inocuidad alimentaria, análisis clínicos o químicos. Los cuatro tipos de bacterias seleccionados para trabajar en la aplicación móvil son Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Bacillus cereus y Staphylococcus aureus.
“Los conteos vienen siendo muy tediosos, tanto para alumnos como para técnicos de laboratorios, ya que algunas veces tienen que contar 10, 20 o más muestras, lo cual les lleva bastante tiempo, incluso horas de contabilización. Por ello, a pesar de que para el uso de la aplicación móvil se requieran los mismos materiales del laboratorio, disminuir el tiempo es algo que sin duda nos es de gran utilidad”, describió la maestra Verónica Herrera.
Mencionó que esta problemática del laboratorio fue comentada con el área de Ingeniería en Sistemas Computacionales, quienes decidieron comenzar este proyecto, desarrollado por Erika Sánchez.
“Como este es un trabajo previo, seleccionamos los cuatro tipos de bacterias, que son los que más manejamos en el laboratorio de biología de la UPIIZ. La idea es que en un futuro, la aplicación domine más bacterias en un término más complejo que será útil para otras áreas”, añadió la maestra Verónica Herrera.
Fase experimental del proyecto
La alumna Erika Sánchez ratificó que el trabajo experimental en el laboratorio de biología de la UPIIZ tuvo duración de un año, en el que se realizaron pruebas y experimentación con las colonias de bacterias. Para ello también contaron con el apoyo de Dámaris Núñez Román, alumna de ingeniería ambiental.
Por su parte, la maestra Verónica Herrera aclaró que la reproducción de las bacterias es muy rápida, en algunos minutos varía considerablemente, por lo que la aplicación móvil realiza el conteo por agrupaciones o colonias.
“En el caso de una colonia, hablamos de agrupaciones de un mismo tipo de bacterias. Se visualizan como pequeños puntos. Lo que hace el contador de la aplicación es identificar esas agrupaciones y realizar el conteo de acuerdo a sus características, forma y color. Para llegar a esto, hemos recibido apoyo de gente con experiencia y de gente que no está muy familiarizada, con el fin de efectuar comparaciones de los conteos manuales de cualquier persona con los experimentales de la aplicación”, describió.
Agregó que, en caso de un cultivo mixto, el cual incluye colonias de diferentes tipos de bacterias, la intención es que la aplicación identifique las cuatro seleccionadas —Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Bacillus cereus y Staphylococcus aureus— y con base en las características morfológicas arroje el porcentaje de presencia de cada una, exceptuando la descripción de las bacterias que no logre reconocer.
“Con el paso del tiempo, más bacterias podrán ser añadidas a la base de datos de la aplicación para que puedan ser identificadas. Eso podrá ser desarrollado tras la conclusión de esta primera fase del proyecto”, añadió la maestra Verónica Herrera.
¿Cómo funciona la aplicación móvil?
Erika Sánchez indicó que la aplicación móvil es de uso práctico y sencillo, el cual consiste en, inicialmente, capturar los datos generales de la muestra, como lo es la disolución y el medio en el que está creciendo. Posterior a ello, se toma una fotografía, o bien se puede seleccionar una de las almacenadas en la galería del celular; la fotografía se recorta circularmente para eliminar ruidos visuales y la aplicación se encarga de procesar la imagen.
“Durante este proceso, la aplicación automáticamente añade a la imagen filtros de brillo, contraste y color —ya que el color es una característica del microorganismo que puede variar dependiendo del medio en que se encuentre— para obtener su tonalidad original y con ello proceder a la identificación. Posteriormente, lo trabaja en blanco y negro para la contabilización”, detalló.
Erika Sánchez indicó que tras la identificación y el conteo, la aplicación móvil genera un archivo de tipo PDF en donde aparecen todos los datos generales del microorganismo y que puede ser almacenado en la memoria del smartphone.
“Por el momento, no se requiere un ambiente controlado para tomar la fotografía. Como la aplicación móvil está diseñada inicialmente para alumnos, ellos toman la foto en el laboratorio. Para eso se utilizan los filtros, para regularizar la imagen”, describió.
Agregó que para la elaboración de la aplicación móvil está utilizando tecnología Android de inteligencia artificial, que es el procesamiento de imágenes; un clasificador, que es el reconocimiento de patrones para la identificación; y una serie de algoritmos para la programación de los filtros.
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Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo. Mtra. Elsa Verónica Herrera Mayorga Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo. Mtra. Mayra Alejandra Torres Hernández Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo. |
“Otra ventaja que notamos en las pruebas con la aplicación, es que si una misma persona cuenta dos veces la misma caja, no le sale el mismo número de colonias bacterianas. En cambio, en la aplicación, si colocas dos veces la misma imagen, arroja el mismo número”, expuso.
Otros usos de la aplicación móvil
La maestra Mayra Torres añadió que esta aplicación también podría utilizarse a nivel de investigación, para quienes estén realizando conteos de muestras que impliquen un proyecto clínico, ya que la idea es optimizar en tiempo.
“Podemos afirmar que la aplicación sí está teniendo resultados confiables. Recién terminamos unas pruebas para el algoritmo de conteo, en donde la imagen que se toma en las condiciones adecuadas —de iluminación y medio al que pertenece—, de la imagen en condiciones distintas, se tienen variaciones de cero a una colonia. En las imágenes que son tomadas sin cuidado —con luz excesiva o un color distinto al original— únicamente se pierden de trece a dieciséis colonias, lo cual es mínimo, comparado con la cantidad final”, puntualizó.
La maestra Mayra Torres agregó que próximamente procederán a las pruebas de identificación, extendiendo este proyecto a manera de tesis por parte de la alumna Erika Sánchez.
“Es un proyecto bastante completo, incluso puede derivar otros dos o más proyectos de investigación en generaciones posteriores, ya que requiere de un amplio procesamiento”, concluyó.
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