Publicado: 5 de enero 2010
Más rápida de secuenciación del ADN tiene un enorme potencial para la biología y la medicina, especialmente para un diagnóstico personalizado y trato personalizado sobre la base de maquillaje genómica de cada individuo. En la actualidad, sin embargo, la tecnología de secuenciación sigue siendo engorrosos y costos prohibitivos para la mayoría de las aplicaciones clínicas, aunque esto puede estar cambiando, gracias a una gama de técnicas innovadoras de nuevo.
En la edición actual de la Ciencia, Stuart Lindsay, director del Centro de Arizona State University for Single Molecule Biofísica del Instituto de Biodiseño, junto con sus colegas, demuestra el potencial de uno de esos métodos en el que una sola cadena de ADN es la cinta a través de una rosca nanotubos de carbono, que produce picos de voltaje que proporcionan información sobre la aprobación de bases de ADN a su paso por el tubo, un proceso conocido como desplazamiento.
Los nanotubos de carbono son versátiles, estructuras cilíndricas utilizadas en la nanotecnología, la electrónica, óptica y otros campos de la ciencia de los materiales. Están compuestos de carbono-alótropos variados arreglos de átomos de carbono, exhiben propiedades únicas de resistencia y conductividad eléctrica.
Los métodos tradicionales de la lectura del guión genética, compuesta de cuatro bases de nucleótidos, adenina, timina, citosina y guanina (etiquetados como A, T, C & G), por lo general dependen de la trituración de la molécula de ADN en cientos de miles de piezas, la lectura de estos abreviado secciones y, finalmente, la reconstrucción de la secuencia genética completa con la ayuda de un gran poder informático. Hace una década, el primer genoma humano-una secuencia de más de 3 mil millones de pares de bases químicas-fue descifrado con éxito, en un tour de force biológica. La empresa requiere alrededor de 11 años de intensos esfuerzos, a un costo de $ 1 mil millones de dólares. Además de la laboriosidad de las técnicas existentes, la precisión se ve comprometida, con la acumulación de errores en proporción al número de fragmentos para ser leído.
Una nueva estrategia implica el uso de nanoporos los orificios de diámetro molecular que conectan dos depósitos de líquido. Una tensión constante se puede aplicar entre dos electrodos situados en ambos extremos de la nanopore, induciendo una corriente iónica fluya a través de la longitud de canal cerrado el nanopore's. En esta escala, el paso de la molécula de ni un solo genera un cambio detectable en el flujo de corriente iónica a través de los poros. Esta corriente es luego amplificado electrónicamente y medida. Sólo recientemente han estado de la técnica de micro-técnicas de fabricación permitido a los investigadores construir nanoporos en la escala de las moléculas individuales, la apertura de nuevas posibilidades para la manipulación de una sola molécula y la investigación.
En el estudio actual, los nanotubos de carbono de pared única, de 1-2 nm de diámetro, se utilizaron para los canales de conducción. Cuando una corriente fue inducida a través de los nanotubos, los segmentos de ADN de cadena sencilla (conocido como oligomeres), formado por 60 ó 120 nucleótidos, fueron arrastrados a la apertura de los nanotubos y desplazados del lado del ánodo del nanotubo hacia el cátodo de salida lado, debido a la carga negativa que llevó a la molécula de ADN. La velocidad de la translocación de ADN depende de la estructura tanto en el nucleótido y el peso molecular de la muestra de ADN.
Los nanotubos de carbono se cultiva en una oblea de silicio oxidado. Los resultados indican que entre los nanotubos se formaron con éxito-los totalmente abierto y sin fugas a lo largo de su longitud a un brusco aumento en la actividad eléctrica que se detecte durante el proceso de la translocación de ADN. Además, la inversión de la tendencia de los electrodos hace que los picos de corriente a desaparecer, el restablecimiento de la tendencia original de los picos causados a reaparecer.
De Lindsay insiste en que los pulsos de corriente transitoria, cada uno con aproximadamente 10x7charges, representan una ampliación enorme de la carga de translocación. Una técnica conocida como reacción en cadena de polimerasa cuantitativa (qPCR) se utilizó para verificar que los nanotubos de carbono en particular que muestran estas picos de corriente anormalmente aguda de alrededor del 20 por ciento de la muestra total, eran de hecho aquellos que a través de la translocación de ADN que había ocurrido.
El equipo llevó a cabo simulaciones moleculares para tratar de determinar el mecanismo de las corrientes iónicas anormalmente grande detectado en los nanotubos. Observación de la actual tensión en las curvas registradas en diferentes concentraciones iónicas mostró que el movimiento de iones a través de algunos de los tubos es muy inusual, aunque la comprensión del mecanismo exacto por el cual la translocación del ADN da lugar a los picos observados en curso requerirá de modelado más. Sin embargo, la señal eléctrica característica de la translocación del ADN a través de tubos con conductividad iónica puede proporcionar un mayor perfeccionamiento en los esfuerzos en curso para aplicar la tecnología de secuenciación del ADN nanopore rápida.
Críticas a la secuenciación rápida de éxito a través de nanoporos es el control preciso de la translocación de ADN. La esperanza es que la lectura genética puede ser significativamente acelerado, al tiempo que permite el tiempo suficiente para que las bases de ADN para ser identificados por las huellas eléctrica actual. Los nanotubos de carbono ofrecen una alternativa atractiva, haciendo que el control de las características nanopore más fácil y más fiable.
Si el proceso puede ser perfeccionado, Lindsay destaca, la secuenciación del ADN podría llevarse a cabo miles de veces más rápido que a través de los métodos existentes, a una fracción del costo. Consciente de la de un paciente de un gol del genoma de la medicina personalizada que proporcione información de diagnóstico esenciales y ayudar a los tratamientos individualizados pionero para una amplia gama de enfermedades.
