Resolución extrema del ADN: Los investigadores ralentizan y escanean varias veces moléculas individuales de ADN
Los investigadores han logrado un control casi perfecto de la manipulación de moléculas individuales, lo que permite identificarlas y caracterizarlas con una precisión sin precedentes.
Aleksandra Radenovic, jefa del Laboratorio de Biología a Nanoescala de la Facultad de Ingeniería, lleva años trabajando para mejorar la tecnología de nanoporos, que consiste en hacer pasar una molécula como el ADN a través de un minúsculo poro en una membrana para medir una corriente iónica. Los científicos pueden determinar la secuencia de nucleótidos del ADN -que codifica la información genética- analizando cómo perturba cada uno de ellos esta corriente a su paso. La investigación se ha publicado en Nature Nanotechnology.
En la actualidad, el paso de las moléculas por un nanoporo y el momento de su análisis están influidos por fuerzas físicas aleatorias, y el rápido movimiento de las moléculas dificulta el logro de una gran precisión analítica. Radenovic ya había abordado estos problemas con pinzas ópticas y líquidos viscosos. Ahora, en colaboración con Georg Fantner y su equipo del Laboratorio de Bio y Nanoinstrumentación de la EPFL, ha logrado el avance que buscaba, con resultados que podrían ir mucho más allá del ADN.
"Hemos combinado la sensibilidad de los nanoporos con la precisión de la microscopía de conductancia iónica de barrido (SICM), lo que nos permite fijar moléculas y ubicaciones específicas y controlar la velocidad a la que se mueven. Los investigadores lograron este control utilizando un microscopio de conductancia iónica de barrido de última generación, desarrollado recientemente en el Laboratorio de Bio y Nanoinstrumentación.
Mejora de la precisión de detección en dos órdenes de magnitud
La colaboración fortuita entre los laboratorios fue catalizada por el estudiante de doctorado Samuel Leitão. Su investigación se centra en la SICM, en la que las variaciones de la corriente iónica que fluye por la punta de una sonda se utilizan para producir imágenes 3D de alta resolución. Para su doctorado, Leitão desarrolló y aplicó la tecnología SICM a la obtención de imágenes de estructuras celulares a nanoescala, utilizando un nanoporo de vidrio como sonda. En este nuevo trabajo, el equipo aplicó la precisión de una sonda SICM para mover moléculas a través de un nanoporo, en lugar de dejar que se difundieran aleatoriamente.
Denominada espectroscopia de conductancia iónica de barrido (SICS), la innovación ralentiza el tránsito de las moléculas por el nanoporo, lo que permite tomar miles de lecturas consecutivas de la misma molécula, e incluso de distintos puntos de la molécula. La capacidad de controlar la velocidad de tránsito y promediar múltiples lecturas de la misma molécula ha dado lugar a un aumento de la relación señal-ruido de dos órdenes de magnitud en comparación con los métodos convencionales.
"Lo que es particularmente emocionante es que esta mayor capacidad de detección con SICS puede ser transferible a otros métodos de nanoporos biológicos y de estado sólido, lo que podría mejorar significativamente las aplicaciones de diagnóstico y secuenciación", afirma Leitão.
Fantner resume la lógica del método con una analogía automovilística: "Imagínese que está viendo circular coches de un lado a otro mientras está de pie frente a una ventanilla. Es mucho más fácil leer sus matrículas si los coches reducen la velocidad y pasan repetidamente", explica. "También podemos decidir si queremos medir 1.000 moléculas distintas cada vez o la misma molécula 1.000 veces, lo que representa un verdadero cambio de paradigma en este campo".
Esta precisión y versatilidad significan que el método podría aplicarse a moléculas distintas del ADN, como los bloques de construcción de proteínas llamados péptidos, lo que podría contribuir al avance de la proteómica y de la investigación biomédica y clínica.
"Encontrar una solución para secuenciar péptidos ha sido un reto importante debido a la complejidad de sus "matrículas", compuestas por 20 caracteres (aminoácidos) frente a los cuatro nucleótidos del ADN", afirma Radenovic. "Para mí, la esperanza más emocionante es que este nuevo control pueda abrir un camino más fácil hacia la secuenciación de péptidos".
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