Un equipo de científicos dirigido por el físico Jason Reed, Ph.D. de la Virginia Commonwealth University, ha desarrollado una nueva tecnología de nanomapping que podría transformar la forma en que se diagnostican y descubren las mutaciones genéticas que causan enfermedades. Descrito en un estudio publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , este enfoque novedoso utiliza microscopía de fuerza atómica AFM de alta velocidad combinada con una técnica de código de barras química basada en CRISPR para mapear el ADN casi tan exactamente como la secuenciación del ADN mientras procesa grandes secciones del genoma a una velocidad mucho más rápida. Además- la tecnología puede funcionar con piezas que se encuentran en su reproductor de DVD común y corriente.
El genoma humano está formado por miles de millones de pares de bases de ADN. Desenredado, se extiende hasta una longitud de casi seis pies de largo. Cuando las células se dividen, deben hacer una copia de su ADN para la nueva célula. Sin embargo, a veces varias seccionesdel ADN se copian incorrectamente o se pegan en el lugar equivocado, lo que conduce a mutaciones genéticas que causan enfermedades como el cáncer. La secuenciación del ADN es tan precisa que puede analizar pares de bases de ADN individuales. Pero para analizar grandes secciones del genomaPara encontrar mutaciones genéticas, los técnicos deben determinar millones de pequeñas secuencias y luego unirlas con el software de la computadora.
El nuevo método AFM de alta velocidad de Reed puede mapear el ADN a una resolución de decenas de pares de bases mientras crea imágenes de hasta un millón de pares de bases de tamaño. Y lo hace usando una fracción de la cantidad de muestra requerida para la secuenciación del ADN.
"La secuenciación de ADN es una herramienta poderosa, pero sigue siendo bastante costosa y tiene varias limitaciones tecnológicas y funcionales que dificultan el mapeo de grandes áreas del genoma de manera eficiente y precisa", dice Jason Reed, Ph.D., investigador principalReed es miembro del programa de investigación de Genética Molecular del Cáncer en el Centro de Cáncer VCU Massey y profesor asociado en el Departamento de Física de la Facultad de Humanidades y Ciencias de la VCU. "Nuestro enfoque cierra la brecha entre la secuenciación del ADN y otras pruebas físicas.técnicas de mapeo que carecen de resolución. Puede usarse como un método independiente o puede complementar la secuenciación del ADN al reducir la complejidad y el error al unir los pequeños trozos de genoma analizados durante el proceso de secuenciación ".
Los científicos de IBM llegaron a los titulares en 1989 cuando desarrollaron la tecnología AFM y utilizaron una técnica relacionada para reorganizar las moléculas a nivel atómico para deletrear "IBM". AFM logra este nivel de detalle utilizando un lápiz óptico microscópico, similar a una aguja enun tocadiscos, que apenas hace contacto con la superficie del material que se está estudiando. La interacción entre el lápiz y las moléculas crea la imagen. Sin embargo, el AFM tradicional es demasiado lento para aplicaciones médicas, por lo que los ingenieros lo utilizan principalmente en materialesCiencias.
"Nuestro dispositivo funciona de la misma manera que AFM pero movemos la muestra más allá del lápiz a una velocidad mucho mayor y usamos instrumentos ópticos para detectar la interacción entre el lápiz y las moléculas. Podemos lograr el mismo nivel de detalle que el tradicionalAFM pero puede procesar material más de mil veces más rápido ", dice Reed, cuyo equipo demostró que la tecnología puede integrarse mediante el uso de equipos ópticos que se encuentran en reproductores de DVD." El AFM de alta velocidad es ideal para algunas aplicaciones médicas, ya que puede procesar materialesrápidamente y proporciona cientos de veces más resolución que los métodos de imágenes comparables "
El aumento de la velocidad de AFM fue solo un obstáculo que Reed y sus colegas tuvieron que superar. Para identificar realmente las mutaciones genéticas en el ADN, tuvieron que desarrollar una forma de colocar marcadores o etiquetas en la superficie de las moléculas de ADN para que pudieranreconocer patrones e irregularidades. Se desarrolló una ingeniosa solución química de código de barras utilizando una forma de tecnología CRISPR.
CRISPR ha aparecido en muchos titulares recientemente en lo que respecta a la edición de genes. CRISPR es una enzima que los científicos han podido "programar" utilizando ARN dirigido para cortar el ADN en ubicaciones precisas que la célula luego repara por sí misma.El equipo alteró las condiciones de reacción química de la enzima CRISPR para que solo se adhiera al ADN y en realidad no lo corte.
"Debido a que la enzima CRISPR es una proteína que es físicamente más grande que la molécula de ADN, es perfecta para esta aplicación de códigos de barras", dice Reed. "Nos sorprendió descubrir que este método es casi un 90 por ciento eficiente en la unión a las moléculas de ADN. Yporque es fácil ver las proteínas CRISPR, puede detectar mutaciones genéticas entre los patrones en el ADN ".
Para demostrar la eficacia de la técnica, los investigadores mapearon las translocaciones genéticas presentes en las biopsias de ganglios linfáticos de pacientes con linfoma. Las translocaciones ocurren cuando una sección del ADN se copia y se pega en el lugar equivocado del genoma. Son especialmente frecuentes en los cánceres de sangre comocomo linfoma, pero también se presentan en otros tipos de cáncer.
Si bien existen muchos usos potenciales para esta tecnología, Reed y su equipo se están centrando en aplicaciones médicas. Actualmente están desarrollando software basado en algoritmos existentes que pueden analizar patrones en secciones de ADN de hasta más de un millón de pares de bases de tamaño.Una vez completado, no sería difícil imaginar este instrumento del tamaño de una caja de zapatos en laboratorios de patología que ayuda en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades relacionadas con mutaciones genéticas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de la Commonwealth de Virginia . Original escrito por John Wallace. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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