Secuenciación de nanoporos

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La secuenciación por nanoporos es un método para determinar el orden en el que los nucleótidos se organizan en una hebra de ADN. Este método está en desarrollo desde 1995.[1] [2] Es un método de análisis simple y directo de ADN que hará que las pruebas genéticas sean cada vez más habituales.[3] Consiste en generar nanoporos entre dos compartimientos y a través de la observación de los cambios en la corriente eléctrica dentro del nanoporo debida a los iones que pasan de un compartimiento al otro, identificar los nucleótidos que pasan dentro del mismo.[4]

Técnica de secuenciación de nanoporos. Se observa una hebra de ADN que entra a través de un nanoporo de grafeno así como los iones que pasan por el mismo poro. Debido al tamaño reducido del poro, el ADN interfiere con la corriente de los iones y este cambio permite identificar los nucleótidos individuales.

Un nanoporo es un pequeño agujero del orden de 1 nanómetro en su diámetro interno, se pueden crear por una proteína formadora de poros o como un agujero en materiales sintéticos como silicona o grafeno.[5]

Cuando un nanoporo se inserta en un fluido conductor y se le proporciona un voltaje, se puede observar una corriente eléctrica producida por la conducción de iones a través del nanoporo. La cantidad de la corriente observada es sensible a la forma y el tamaño del nanoporo. Si pasa una base, una hebra entera de ADN u otra molécula por el nanoporo, la magnitud de la corriente varía.

Contexto[editar]

El Proyecto Genoma Humano fue un proyecto fundado en 1990 y que terminó en 2003 por El departamento de Energía y los Institutos Nacionales de la Salud de los Estados Unidos con un capital de 280 millones de dolares con el fin de investigar principalmente: Identificar los aproximadamente 20,000-25,000 genes presentes en el ADN humano, determinar la secuencia de los tres mil doscientos (3200) millones de pares de bases químicas que componen el ADN humano, guardar esta información en bases de datos, mejorar las herramientas para el análisis de datos, transferir las tecnologías relacionadas al sector privado y direccionar los problemas éticos, legales y sociales que se podían generar por el proyecto.[6]

Tras la finalización del proyecto del genoma humano, los análisis pertinentes al genoma humano continuarán por muchos años, las formas de secuenciación del genoma y de análisis del mismo seguirán en continuo desarrollo y en continuas mejoras.

Existen diferentes formas de secuenciación de ADN como la secuenciación de Maxam-Gilbert, el método de Sanger y la pirosecuenciación. El método de secuenciación por nanoporos busca reemplazar estos métodos al realizar una secuenciación del genoma más rápidamente, más económicamente y potencialmente más viable y cómoda para que pueda ser utilizada rutinariamente por médicos tal y como se hace con la resonancia magnética y el recuento de células sanguíneas.[7]

Igualmente, las tecnologías ya existentes, requieren el uso de reactivos que son costosos o la amplificación de la hebra de ADN, este método es mucho más sencillo y evita los errores que pueden ser producidos al reducir el número de etapas del proceso.[8]

Técnica[editar]

El ADN puede pasar a través de un nanoporo por varias razones. Por ejemplo, por medio de la electroforesis el ADN puede ser atraído hacia el nanoporo y eventualmente pasar a través del mismo. De la misma forma, enzimas unidas al nanoporo pueden guiar el ADN hacia el mismo. El tamaño del nanoporo forza a que el ADN que pasa a través de él sea leído base por base. De esta forma, a medida que pasa alguna de las bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina o timina), la corriente eléctrica varía, permitiendo la lectura de la hebra de ADN. Esta aproximación ha sido mostrada por la compañía de tecnologías Oxford Nanopore y el profesor Hagan Bayley.[9]

Referencias[editar]

  1. Church, G.M.; Deamer, D.W., Branton, D., Baldarelli, R., Kasianowicz, J. (1998). «US patent # 5,795,782 (filed March 1995) Characterization of individual polymer molecules based on monomer-interface interaction».
  2. Kasianowicz, JJ; Brandin E, Branton D, Deamer DW (26-11-1996). «Characterization of individual polynucleotide molecules using a membrane channel.». Proc Natl Acad Sci USA 93 (24):  pp. 13770–3. doi:10.1073/pnas.93.24.13770. PMID 8943010. 
  3. Schaffer, Amanda; Reyes, Francisco. (Mayo, Junio de 2012). «TR10: Secuenciación de nanoporos».
  4. Febres-Cordero, Tilo (Agosto de 2010). «Nuevo método de secuenciación del ADN basado en nanoporos».
  5. Garaj S, Hubbard W, Reina A, Kong J, Branton D, Golovchenko J (Septiembre 2010). «Graphene as a sub-nanometer trans-electrode membrane». Nature 467 (7312):  pp. 190–3. doi:10.1038/nature09379. PMID 20720538. 
  6. U.S. Department of Energy (Julio de 2012). «Human Genome Project Information».
  7. Schaffer, Amanda; Reyes, Francisco. (Mayo, Junio de 2012). «TR10: Secuenciación de nanoporos».
  8. Schaffer, Amanda; Reyes, Francisco. (Mayo, Junio de 2012). «TR10: Secuenciación de nanoporos».
  9. Clarke J, Wu HC, Jayasinghe L, Patel A, Reid A, Bayley H (2009). «Continuous base identification for single-molecule nanopore DNA sequencing». Nature Nanotechnology 4 (4):  pp. 265–270. doi:10.1038/nnano.2009.12. PMID 19350039. http://www.nature.com/nnano/journal/v4/n4/full/nnano.2009.12.html. 

Enlaces externos[editar]

  • Zwolak M, Di Ventra M. Colloquium: Physical approaches to DNA sequencing and detection. Reviews of Modern Physics 80, 141 (2008)
  • Astier Y, Braha O, Bayley H: Towards single molecule DNA sequencing. J. AM. CHEM. SOC. 2006, 128, 1705-1710 9 1705
  • Fologea D, Gershow M, Ledden B, McNabb DS, Golovchenko JA, Li J (October 2005). «Detecting single stranded DNA with a solid state nanopore». Nano Lett. 5 (10):  pp. 1905–9. doi:10.1021/nl051199m. PMID 16218707. 
  • Deamer DW, Akeson M (April 2000). «Nanopores and nucleic acids: prospects for ultrarapid sequencing». Trends Biotechnol. 18 (4):  pp. 147–51. doi:10.1016/S0167-7799(00)01426-8. PMID 10740260. 
  • Church GM (January 2006). «Genomes for all». Sci. Am. 294 (1):  pp. 46–54. doi:10.1038/scientificamerican0106-46. PMID 16468433. 
  • Xu M. S., Fujita D., Hanagata N. "Perspectives and challenges of emerging single-molecule DNA sequencing technologies". Small 2009, 5 (23), 2638-49.