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Secuenciación de ADN en un instante
Una nueva tecnología de secuenciación que está desarrollando una startup de Massachusetts permite a los científicos tomar fotografías de la secuencia de una molécula de ADN. William Glover , presidente de Genética ZS , con sede en North Reading, MA, dice que su enfoque permitirá a los científicos leer grandes extensiones de ADN, lo que permitirá la secuenciación de áreas difíciles de leer, como regiones altamente repetitivas en plantas y algunas partes del genoma humano. Las secuencias más largas también permiten a los científicos distinguir entre cromosomas maternos y paternos, que podrían tener importantes aplicaciones de diagnóstico.
Viendo la secuencia: Esta imagen muestra un grupo de moléculas de ADN (hebras negras) que se han sintetizado utilizando bases que están especialmente etiquetadas para ser visibles bajo un microscopio electrónico. Los científicos están utilizando esta técnica para desarrollar una nueva tecnología de secuenciación.
Los científicos en una conferencia de secuenciación reciente en San Diego, donde se presentaron detalles de la tecnología por primera vez, estaban intrigados por el enfoque porque es totalmente diferente incluso a los métodos más nuevos del mercado. Es sorprendente y potencialmente muy poderoso, dice Vladimir Benes , jefe de Genomics Core Facility en el Laboratorio Europeo de Biología Molecular, en Alemania.
El costo de la secuenciación del ADN se ha desplomado desde que se completó un borrador de trabajo del genoma humano en 2001. La mayoría de las tecnologías más nuevas actualmente en uso generan secuencias muy cortas, alrededor de 30 a 150 pares de bases, que luego se unen con un software especial. Pero este método no siempre captura toda la información del genoma y algunas partes del genoma son difíciles de secuenciar de esta manera, dice Glover.
ZS Genetics es relativamente nuevo en el campo y utiliza un enfoque muy diferente a cualquier otro: la microscopía electrónica. Glover predice que para el próximo año, la tecnología de la compañía podrá generar longitudes legibles de ADN de miles de pares de bases, y cree que el método de secuenciación de ZS Genetics mejorará en un factor de 10 en los próximos años. haciendo que las piezas sean aún más fáciles de montar. La compañía fue aceptada recientemente como uno de los equipos en el Premio Archon X de Genómica, un premio de $ 10 millones para el primer equipo financiado con fondos privados que puede secuenciar 100 genomas humanos en 10 días.
Cualquier tecnología que pueda llevar la longitud de lectura al rango de 1,000 pares de bases definitivamente, al menos para la secuenciación de novo, representará un gran avance, dice Benes. Él dice que el enfoque podría ser particularmente útil para secuenciar los genomas de las plantas, que a menudo tienen genomas muy complejos llenos de secuencias repetitivas que son difíciles de ensamblar computacionalmente.
Con un ancho de 2,2 nanómetros, el ADN es invisible bajo un microscopio de luz promedio.
Pero los microscopios electrónicos, que detectan la diferencia de carga entre los átomos, tienen una resolución subnanométrica. Si bien la secuencia de ADN natural carece de suficiente contraste para resolverse con microscopía electrónica, Glover y sus colegas desarrollaron un novedoso sistema de etiquetado para hacer que las moléculas sean más visibles.
Los investigadores sintetizan una nueva hebra complementaria de la molécula que se secuenciará utilizando bases, las letras que componen el ADN, marcadas con yodo y bromo. Las bases etiquetadas aparecen como puntos grandes o pequeños bajo el microscopio electrónico, lo que permite a los científicos leer la secuencia. (Se necesitarán tres etiquetas diferentes para leer la secuencia de las cuatro bases que se encuentran en el ADN. Tres de las bases tendrán etiquetas diferentes; la cuarta simplemente permanecerá sin etiqueta).
El sustrato sobre el que se forman las imágenes de las moléculas recién marcadas se fabrica utilizando técnicas de fabricación de semiconductores. Los científicos generan obleas de silicio con una ventana de 11 nanómetros de espesor, que es lo suficientemente delgada como para que el haz de electrones del microscopio pueda discernir la molécula de ADN del sustrato. ZS Genetics también está trabajando para hacer obleas aún más delgadas para aumentar la resolución de la imagen.
El ADN tiende a enroscarse en una masa enredada, por lo que uno de los mayores desafíos ha sido desenredar esa bola en hebras lineales que se puedan leer. Los investigadores primero hacen pasar líquido a través de un dispositivo de microfluidos con canales diminutos. Ese dispositivo encaja en la parte superior de la oblea recubierta de ADN. La fuerza del flujo estira las moléculas de ADN, que luego se adhieren al silicio. Se dispara un haz de electrones a través de la oblea y una cámara captura la imagen desde el otro lado. La oblea es el principal consumible patentado, dice Glover. Será muy barato.
Cuando se estira, el ADN parece una escalera con las bases que forman los peldaños. Hasta ahora, la compañía ha publicado imágenes de una pieza de ADN de 23 kilobase utilizando un solo tipo de base etiquetada. Glover dice que él y su equipo también han realizado una secuenciación de etiquetas múltiples, aunque se negó a dar detalles adicionales.
Aún así, la tecnología tiene mucho camino por recorrer antes de que esté lista para el mercado. Muchos métodos de prueba de principio pueden funcionar en I + D, pero llevarlos al [mercado] no es trivial, dice Benes. Glover apunta a tener un prototipo este verano que los científicos puedan probar, y un sistema comercial más rápido el próximo año. Agrega que debido a que la mayor parte del sistema se basa en tecnologías existentes, será fácil y económico actualizar el sistema con nuevas cámaras y software.
Las lecturas más largas permitirán a los científicos observar colecciones de variaciones genéticas que se han heredado juntas, conocidas como haplotipos. Este tipo de análisis puede determinar si una variación genética particular se ha transmitido de la madre o el padre del individuo. Investigaciones recientes sugieren que, en algunos casos, la herencia materna o paterna puede afectar la gravedad de la enfermedad, un fenómeno que puede ser más común de lo que se pensaba anteriormente.