Los investigadores de la Universidad de Colorado Boulder están desarrollando nuevas técnicas para una secuenciación de ADN de una sola molécula más rápida y rentable que podría tener un impacto transformador en el cribado genético, allanando el camino para los avances en el desarrollo de vacunas, la detección temprana del cáncer y los trasplantes de órganos.
Los nuevos métodos, uno de los cuales se basa en la electrónica cuántica a nanoescala y el otro en óptica, algún día podrían permitir que una persona secuenciara su genoma en menos de dos minutos usando un equipo simple, dijo Prashant Nagpal, profesor asistente enDepartamento de Ingeniería Química y Biológica de CU Boulder.
"Estamos explorando métodos únicos para proporcionar información genética precisa y útil de manera más rápida y económica", dijo Nagpal.
la secuenciación del ADN, que determina el orden preciso de los nucleótidos contenidos en las moléculas biológicas, puede usarse para mapear genes individuales o regiones genéticas completas. Desde su inicio en la década de 1950, la secuenciación se ha incorporado a la medicina, la biología evolutiva y otros campos biocientíficos,todo mientras aumenta la velocidad y la potencia de procesamiento en órdenes de magnitud completas.
Nagpal describe su nueva investigación como una reinvención oportuna de una tecnología que ha existido durante décadas, pero se ha topado con limitaciones fundamentales en los últimos años.
"El genoma humano consta de más de 3 mil millones de pares de bases de ADN", dijo Nagpal. "Actualmente, la secuenciación depende del muestreo de 20 a 30 de estos pares a la vez, lo cual es bueno tener, pero solo puede decirle mucho."
El método de muestreo actual, dice Nagpal, abre la posibilidad de errores de replicación en el conjunto de datos más grande que podría pasar por alto los marcadores de grano fino en el perfil genético de una persona. El muestreo de una sola molécula, dice, ofrece una imagen más precisa.
Nagpal y su equipo recurrieron a la electrónica cuántica para la solución. Enviaron una pequeña carga a través de una molécula de ADN o ARN y registraron las mediciones de todos los nucleótidos en moléculas individuales. La secuencia identificó los nucleótidos con una precisión del 99.7 por ciento, en lugar de 80porcentaje alcanzado por otros métodos de nanotecnología.
Los avances en la secuenciación cuántica se describieron recientemente en las revistas ACS Nano y Revista de la Sociedad Americana de Química . La Fundación WM Keck brindó apoyo para toda la investigación de secuenciación de una sola molécula. Nagpal también ha estado desarrollando un método basado en la óptica para la secuenciación de una sola molécula que utiliza un láser de diodo y una cámara comparable a la de un teléfono inteligente promedio para rápidamenteidentificar secuencias de nucleótidos. Debido a sus propiedades físicas únicas como una partícula y una onda, la luz es un medio ágil para recopilar información y transmitirla en forma comprimida.
En un próximo documento actualmente en prensa en la revista pequeño , Nagpal y sus colegas demostraron que un método de secuenciación de alto rendimiento se puede paralelizar masivamente usando una matriz de chips de dos milímetros que puede tomar segundos en lugar de horas.
"Con este método de secuencia de bloques, ni siquiera necesita secuenciar en el nivel de letras individuales como A, C, G y T", dijo Nagpal. "Puede extrapolar la misma información más rápido, de forma similar a cómo observauna versión comprimida de una película en YouTube o Netflix "
La investigación aún se encuentra en las primeras etapas, y Nagpal dice que el siguiente paso sería aplicar los métodos de secuenciación a muestras bacterianas más complejas. En el futuro, prevé un kit de secuenciación de bricolaje portátil que costaría alrededor de $ 1. Una personapodría tomar un hisopo de ADN, ponerlo en el microchip y esperar 100 segundos para recibir datos que puedan revelar marcadores genéticos potencialmente peligrosos para el cáncer, por ejemplo, o proporcionar información crucial para los médicos que intentan unir órganos con receptores de trasplantes.
"A escala, las aplicaciones potenciales son tremendas", dijo Nagpal. "Desde la identificación de la resistencia a los antibióticos hasta la aceleración del descubrimiento de fármacos, las mejoras en la velocidad y precisión de la secuencia podrían ser transformadoras para muchos campos científicos".
Otros coautores de estos métodos de secuenciación de una sola molécula incluyen Lee Korshoj, Sepideh Afsari, Manjunatha Sagar, Gary Abel y el profesor asistente Anushree Chatterjee, todos del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de CU Boulder.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Colorado Boulder . Original escrito por Trent Knoss. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencias de revistas :
Cite esta página :