Pasar una hebra de ADN a través de un agujero en una lámina de grafeno finalmente resuelve uno de los mayores problemas con una nueva y revolucionaria técnica de secuenciado del genoma conocida como translocación de nanoporo.
Hay pocas dudas de que será posible secuenciar el genoma de cualquier individuo de forma rápida y barata en los próximos años. Pero eso no significa que no haya retos tecnológicos significativos por delante antes de que suceda. Y la pregunta más importante es cómo se hará.
Los científicos han sabido desde hace tiempo que las hebras de ADN son conductoras de la electricidad. No obstante, las distintas estructuras de las cuatro bases de nucleótidos que forman el ADN – citosina, guanina, adenina y timina – indican que cada uno debería tener distintas características eléctricas.
Esto lleva a una idea interesante. Si puedes medir las propiedades eléctricas de cada nucleótido en una hebra de ADN, podrías determinar su secuencia.
Pero, ¿cómo medir las propiedades eléctricas de una única subunidad entre muchas decenas o cientos de miles?
Una de las ideas más prometedoras es hacer un diminuto agujero a través de una fina lámina de material y medir la cantidad de corriente que pasa de una lado a otro de la lámina.
Luego, se pasa una hebra de ADN a través de este agujero y se mide la corriente de nuevo. Cualquier diferencia debe estar provocada por la base de nucleótido que esté bloqueando el agujero en ese momento.
Por lo que medir la forma en que cambia la corriente cuando pasas la hebra a través del agujero, te da una medida directa de la secuencia de bases de nucleótidos en el hebra.
Realmente simple. Excepto por un pequeño problema. Incluso más capas más finas de materiales semiconductores usadas para este proceso, tales como el nitruro de silicio, son entre 10 y 100 veces más gruesas que la distancia entre dos bases de nucleótidos en una hebra de ADN.
Por lo que cuando una hebra de ADN pasa a través del agujero, no es una única base de nucleótido lo que lo bloquea, sino hasta 100 de ellas. Esto hace que sea difícil determinar la secuencia a partir de un cambio en la corriente.
Hoy, Grégory Schneider y sus colegas del Instituto Kavli de Nanociencia en los Países Bajos presentan una solución a este problema. En lugar de un material convencional, este equipo ha usado grafeno, el cual es relativamente fácil de producir en láminas de un único átomo de grosor.
El grafeno es como una lámina de malla para gallineros hecha de átomos de carbono. Estos chicos han taladrado agujeros de distintos diámetros a través de tales láminas usando un haz de electrones que impactan en los átomos de carbono de la estructura.
Como en anteriores experimentos de nanoporos, midieron la corriente que fluye desde un lado de la lámina al otro cuando el agujero está vacío y cuando está bloqueado por una hebra de ADN.
Efectivamente, en estos experimentos de comprobación del principio, la diferencia les permitió determinar cuándo una hebra de ADN estaba presente o cuándo había dos o más hebras pegadas en el nanoporo.
Esto es lo más lejos que han llegado hasta el momento. Pero el punto significativo es que la lámina de grafeno es tan fina que cuando una hebra de ADN pasa a través de la misma, sólo una base de nucleótido puede bloquearla en cada instante.
Lo que tendrán que hacer para mejorar la sensibilidad de sus medidas es determinar la diferencia en las características eléctricas entre una base de nucleótidos y otra. Esto será difícil, pero proporciona una ruta de avance clara.
El grupo holandés se une ahora a una carrera feroz por producir el primer secuenciador de translocación de nanoporo. Se enfrentan a equipos de Harvard, Oxford y de todo el mundo que tratan de lograr dominar este truco y que tienen unos años de ventaja.
El sueño es producir un dispositivo capaz de secuenciar el genoma humano en un tiempo de minutos y con un coste de céntimos.
Pero la capacidad de dominar el grafeno da al equipo holandés una interesante ventaja. Pueden esperar que empiecen a sonar sus teléfonos con más de una oferta de colaboración.
Artículo de Referecia: arxiv.org/abs/1005.4754: DNA Translocation through Graphene Nanopores
Fecha Original: 28 de mayo de 2010
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