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El grafeno podría mejorar la secuenciación del ADN
Las capas de grafeno que son tan gruesas como un átomo podrían ayudar a que la secuenciación del ADN humano sea más rápida y barata. Investigadores de la Universidad de Harvard y del MIT han demostrado que las láminas de grafeno podrían ser una gran mejora con respecto a las membranas que se utilizan actualmente para la secuenciación de nanoporos, una técnica que promete acelerar y simplificar la secuenciación de cadenas largas de ADN.
Las técnicas de secuenciación actuales implican cortar el ADN, hacer muchas copias de las piezas y leer las moléculas fluorescentes adheridas a ellas. Este enfoque lleva días y cuesta decenas de miles de dólares. Por el contrario, la secuenciación de nanoporos podría, en teoría, analizar un genoma humano completo en unas pocas horas.
La secuenciación de nanoporos implica tirar de una hebra de ADN a través de un pequeño orificio en una membrana que está suspendida en una solución salina con un voltaje aplicado a través de ella. Los iones que se mueven de un lado a otro de la membrana crean una corriente eléctrica. A medida que cada una de las cuatro bases de ADN diferentes pasa a través del poro, la intensidad de la corriente disminuye en un grado diferente, lo que hace posible secuenciar rápidamente las bases.
Los nanoporos que se utilizan actualmente para la secuenciación de ADN suelen estar hechos de proteínas bacterianas o están grabados en membranas de nitruro de silicio. Estas membranas tienen un espesor de 20 a 30 nanómetros. Pero dado que la distancia entre dos bases de ADN es de 0,5 nanómetros, podrían quedar atrapadas en el poro de 40 a 60 bases a la vez.
Una membrana más delgada, como el grafeno, podría permitir una identificación de base más precisa. Una sola capa de grafeno tiene solo un nanómetro de espesor. Es la membrana más delgada que jamás se haya aplicado a este problema, dice Jene Golovchenko , profesor de física en Harvard que dirigió el nuevo trabajo, publicado en Naturaleza esta semana.
Los investigadores crean su membrana colocando una escama de grafeno sobre una abertura de 200 nanómetros de ancho en el medio de una superficie de nitruro de silicio. Luego perforan algunos poros, de apenas nanómetros de ancho, en el grafeno con un haz de electrones. La membrana finalmente se sumerge en una solución salina que está en contacto con electrodos de plata. Los investigadores observaron caídas en la corriente cuando una hebra de ADN pasa a través del poro, lo que demuestra que el método podría eventualmente usarse para identificar bases de ADN.
Otros dos grupos de investigación han demostrado recientemente hazañas similares: una grupo en el Instituto Kavli de Nanociencia y el otro en la Universidad de Pennsylvania. Estos avances fueron publicados en la revista Nano letras en julio.
Sin embargo, la identificación de las bases de ADN individuales a medida que pasan a través del poro requerirá mucho más trabajo. Cada una de las cuatro bases de ADN diferentes debería bloquear la corriente que pasa a través del poro en una cantidad diferente. Cualquier dispositivo debería poder distinguir estas cantidades variables. Pero hacer eso significará controlar con precisión la velocidad con la que el ADN pasa por el poro. Dicho control es el mayor obstáculo para que la secuenciación de nanoporos sea práctica.
En el Naturaleza En el papel, cada molécula de ADN, que contiene miles de bases, atraviesa el poro en cientos de microsegundos (aproximadamente cuatro nanosegundos por base). Leer una sola base, una a la vez, significaría que la hebra tendría que estar en el poro más de 1000 veces más, dice John Kasianowicz , biofísico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología que inventó la secuenciación de nanoporos. Kasianowicz trabaja con membranas naturales y poros hechos de proteínas bacterianas. Estos pueden contener moléculas durante decenas de milisegundos, pero son menos estables que el nitruro de silicio y el grafeno.
Han llevado la tecnología de nanoporos al siguiente nivel, dice sobre los recientes esfuerzos de grafeno. Hacer nanoporos de estado sólido fue una gran idea, y manipularlos con grafeno es un gran primer paso. Pero agrega: para poder secuenciar, es necesario poder controlar el flujo de ADN a través de él y ralentizarlo.