Diagrama esquemático de secuencia de ADN con nanoporos utilizando nucleótidos etiquetados con fosfato. Cada uno de los cuatro nucleótidos llevará una etiqueta distinta. Durante la secuenciación por síntesis (SBS), estas etiquetas serán liberadas en el nanoporo uno a la vez y producirán firmas de bloqueo de corriente única para la determinación de la secuencia. (Crédito: Columbia University)
Un grupo de investigadores de la Universidad de Columbia ha desarrollado un novedoso método para, potencialmente, secuenciar electrónicamente ADN en nanoporos de molécula individual con una sola base de resolución.
Esta investigación, titulada “PEG-Labeled Nucleotides and Nanopore Detection for Single Molecule DNA Sequencing by Synthesis,” está disponible en línea con libre acceso.
El mayor obstáculo en la secuenciación de ADN ha sido el costo y la velocidad para obtener secuencias altamente exactas de ADN. La mayoría de instrumentos de alta exactitud en la actualidad dependen de técnicas ópticas para la detección de los cuatro bloques de construcción del ADN: A, C, G y T.
Para profundizar la capacidad de medición, se ha desarrollado la secuencia electrónica de un conjunto de plantillas de ADN.
Recientemente, se ha demostrado que el ADN puede enhebrar a través de poros nanométricos de proteínas bajo una corriente eléctrica aplicada para producir señales electrónicas al nivel de una sola molécula.
Sin embargo, debido a que los cuatro nucleótidos son muy similares en su estructura química, no pueden ser fácilmente distinguidos utilizando está técnica.
Es por eso que la investigación y el desarrollo de esta plataforma (secuenciación electrónica de AND al nivel de molécula individual) es un área de mucha actividad y tiene el potencial de producir un secuenciador de ADN para equipo móvil capaz de descifrar el genoma para medicina personalizada e investigación biomédica.
La estrategia reportada por los científicos de Columbia, secuenciación basada en nanoporos por síntesis (Nano-SBS), puede distinguir con exactitud cuatro bases de ADN por medio de la detección de 4 etiquetas de tamaño distinto emitidas por 5′ -nucleótidos de fosfato modificado a nivel de una sola molécula para determinación de la secuencia.
Conforme cada análogo de nucleótido se incorpora en la hebra creciente de ADN durante la reacción de polimerasa, su etiqueta es liberada por la formación del enlace fosfodiéster. Las etiquetas entrarán en un nanoporo en el orden en que fueron emitidas, produciendo corrientes iónicas únicas de bloqueo debido a sus distintas estructuras químicas, y por consiguiente determinando la secuencia electrónica de ADN al nivel de molécula individual con una sola base de resolución.
El sistema utiliza cuatro nucleótidos etiquetados de manera distinta, los que al incorporarse a la polimerasa de ADN liberan cuatro etiquetas de tamaño distinto que se distinguen entre ellos a nivel molecular cuando pasan a través de un nanoporo. Este método soluciona cualquier limitación impuesta por las muy pequeñas diferencias entre los cuatro nucleótidos, una dificultad que la mayoría de métodos de secuenciación vía nanoporos han enfrentado por décadas.
El método Nano-SBS tiene el potencial, con mayor investigación, de secuenciar con exactitud un genoma humano completo, rápido y a bajo costo, por lo que podría ser utilizado en el diagnóstico médico de rutina.
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