Los nanoporos de grafeno resuelven el problema de secuenciación de ADN

Hacer pasar un hilo de ADN a través de un agujero en una hoja de grafeno es la última solución a uno de los mayores problemas de la secuenciación del ADN.

No hay muchas dudas de que será posible secuenciar el genoma de cualquier individuo de una forma rápida y barata en los próximos años, pero eso no quiere decir que no hayan retos tecnológicos importantes que solventar antes de que esto ocurra. Y la pregunta más grande es la forma en la que esto se hará.

Los científicos saben desde hace tiempo que los filamentos de ADN conducen la electricidad. Sin embargo, las diferentes estructuras de los cuatro nucleótidos básicos que configuran el ADN -citosina, guanina, adenina y timina- muestran que cada una debería tener diferentes características eléctricas.

Esto lleva a una idea interesante. Si puedes medir las propiedades eléctricas de cada nucleótido base en un filamento del ADN, podrías determinar su secuencia.

Pero, ¿cómo se pueden medir las propiedades eléctricas de una única subunidad entre las decenas o cientos de miles?

Grafeno

Dibujo explicativo. Fuente: Technology Review.

Una de las ideas más prometedoras es hacer un diminuto agujero a través de una delgada hoja de un material y medir la corriente que pasa de un lado a otro.

Lo siguiente es tirar del filamento de ADN a través de este agujero y medir la corriente de nuevo. Cualquier diferencia debe ser causada por el nucleótido base que esté bloqueando el agujero en ese preciso momento.

Por lo tanto, medir la forma en la que la corriente cambia al hacer pasar el filamento a través del agujero da una lectura directa de la secuencia de los nucleótidos base en el filamento.

Sería algo bastante simple si no fuese por un pequeño problema. Incluso las películas más delgadas de materiales semiconductores utilizados para este proceso, como la silicona nítrica, son entre 10 y 100 veces más gruesos que la distancia entre dos nucleótidos base en un filamento de ADN.

So when a strand of DNA passes through the hole, it’s not a single nucleotide base that blocks it but as many as 100. That makes it hard to determine the sequence from any change in the current.

Es por esto que cuando un filamento atraviesa el agujero, no es un único nucleótido base el que bloquea el paso sino un centenar de ellos. Esto dificulta mucho la determinación de la secuencia por cualquier cambio en la corriente.

Hoy [por el pasado viernes], Grégory Schneider y sus compañeros del del Instituto Kavli de Nanociencias en Países Bajos presentan una solución a este problema. En vez de utilizar un material convencional, el equipo ha sugerido la utilización de grafeno, que es fácil de producir en hojas de sólo un átomo de grosor.

El grafeno es como una hoja de alambre hecha de átomos de carbono. Estos investigadores han realizado agujeros de varios diámetros a través de los cuales utilizando un haz de electrones para golpear los átomos de carbono y arrancarlos de la estructura.

Como con los experimentos con nanoporos anteriores, midieron la corriente que fluye de un lado de la hoja al otro cuando un agujero estaba bloqueado por el ADN y cuando estaba libre.

En estos experimentos iniciales, está bastante claro que la corriente permitió determinar si había uno, dos o ningún filamento en el nanoporo.

Esto es lo más lejos a lo que hemos podido llegar. Pero lo más importante de todo esto es que la hoja de grafeno es tan delgada que cuando un filamento de ADN pasa a través de él, un solo nucleótido base puede estar bloqueándolo en cada momento.

Lo que tendrán que hacer ahora es mejorar la sensibilidad de las medidas para determinar de una forma segura la diferencia en las características eléctricas entre un nucleótido base y los emás. Esto puede ser muy complicado, pero es un camino a seguir claro.

El equipo holandés se une ahora a la carrera para producir el primer secuenciador de translocalización de nanoporos. En la carrera también compiten equipos de Harvard, Oxford y otros lugares quienes intentan resolver este problema y que les llevan varios años de ventaja.

El sueño es producir un dispositivo capaz de secuenciar el genoma humano en minutos y con un coste de unos pocos centavos.

Pero la capacidad de utilizar grafeno da a los holandeses una ventaja considerable. Pueden esperar que sus teléfonos suenen con más de una oferta de colaboración.

Este artículo ha sido traducido de Technology Review y publicado bajo licencia CC by-sa

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