Mayor resolución en la genotipación del ADN gracias a un biosensor de grafeno

Fran Garrigues, Genética Médica News

 

Investigadores de la Universidad de California San Diego han desarrollado un chip capaz de detectar las moléculas de ADN (o ARN) que contengan una mutación, mediante la hibridación a una sonda incrustada en grafeno. Imagen: Pixabay.

Investigadores de la Universidad de California San Diego han desarrollado un chip capaz de detectar las moléculas de ADN (o ARN) que contengan una mutación, mediante la hibridación a una sonda incrustada en grafeno. Imagen: Pixabay.

Bioingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un biosensor, basado en grafeno, capaz de detectar polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) con una mayor resolución que las tecnologías tradicionales de detección de mutaciones puntuales.

Los SNPs son variaciones de la secuencia de ADN que afectan únicamente a una sola base (A, C, G o T), y cuya presencia genera una gran diversidad entre individuos de la misma especie. Aunque la mayoría de estas mutaciones son inocuas, algunas de ellas juegan un papel fundamental en la salud de los organismos. Es por ello, que pueden emplearse como marcadores de múltiples enfermedades como el cáncer, la diabetes, problemas del corazón, desórdenes neurodegenerativos y enfermedades autoinmunes o inflamatorias.  El desarrollo de chips digitales capaces de detectar mutaciones, asociadas a dichas enfermedades, con una alta sensibilidad y especificidad, es esencial para poder  implementar una efectiva medicina personalizada.

El trabajo, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, muestra el  diseño de un chip capaz de capturar las moléculas de ADN (o ARN) que contengan una mutación, mediante la hibridación de dichas moléculas con una sonda incrustada en el grafeno. Dicha sonda consiste en una secuencia de doble cadena de ADN, complementaria a la región donde se encuentra la mutación o SNP a analizar. En ella, ambas hebras están unidas débilmente entre sí debido a la sustitución, en una de ellas de algunas guaninas por iosinas. La cadena normal está unida firmemente al grafeno, mientras que la que tiene las modificaciones no lo está. De este modo, cuando la sonda es expuesta a las moléculas de ADN (o ARN)  de una muestra, el fragmento que presenta el SNP, desplaza a la secuencia complementaria (pero con modificaciones) de la hebra fijada al grafeno, por su mayor complementariedad con esta última (debido a la ausencia de modificaciones), y se une a ella permitiendo detectar el SNP.  Esta unión desencadenará una señal eléctrica, que puede ser registrada por un sistema informático para su posterior análisis y procesamiento. El  sistema ofrece la posibilidad de poder ser implantado en el cuerpo, facilitando la detección del SNP a tiempo real, además de poder transmitir la información de forma inalámbrica a un dispositivo electrónico, como un smartphone o una tablet.

El grafeno llega a la genotipación del ADN. Imagen derivada de Pixabay.

El grafeno llega a la genotipación del ADN. Imagen derivada de Pixabay.

“Somos pioneros en el desarrollo de un método digital rápido y de bajo costo para la detección de mutaciones con una alta resolución, basadas en el cambio de un solo nucleótido dentro de una secuencia de ácidos nucleicos” comenta Ratnesh Lal, profesor de Bioingeniería, Ingeniería Mecánica y Ciencia de los Materiales en el Jacobs School of Engineering de la Universidad de California en San Diego y co-director del Center of Excellence for Nano-Medicine and Engineering del Instituto de Ingeniería Médica (IEM) de la Universidad de California.

“Lo más destacable de este estudio es que hemos demostrado que podemos llevar a cabo el desplazamiento de la cadena de ADN en un transistor de grafeno” manifiesta Michael Hwang, estudiante de doctorado en el departamento de Ciencias de los Materiales en la Universidad de California de San Diego y co-autor del estudio.

La nueva tecnología supone una alternativa más sensible, específica, rápida y portátil que los anteriores métodos de detección de SNPs. Frente a éstos métodos, basados en carga eléctrica, enzimas o fluoróforos, que utilizaban sondas de cadena sencilla, el nuevo biosensor ofrece una mayor precisión. Esto se debe a que con la doble cadena únicamente una secuencia totalmente complementaria puede reemplazar la cadena unida “débilmente” mientras que con la cadena sencilla cualquier secuencia mínimamente complementaria podría hibridar y generar falsos positivos. Además, gracias a ésta mayor especificidad, la doble cadena puede ser empleada en la detección de mutaciones en fragmentos más largos.

Los investigadores confían en poder optimizar y aplicar la nueva tecnología en el ámbito clínico para la generación de nuevos métodos de diagnósticos y tratamientos personalizados.

”Es el primer ejemplo de la combinación de la nanotecnología de ADN dinámica con un sensor electrónico de alta resolución. El resultado es una tecnología que podría ser potencialmente utilizable con dispositivos electrónicos inalámbricos para detectar SNPs,” manifiesta Hwang.

Referencia:

Michael T. Hwang, et al. Highly specific SNP detection using 2D graphene electronics and DNA strand displacement. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2016. DOI: 10.1073/pnas.1603753113

Fuente:

Engineers develop a new biosensor chip for detecting DNA mutations. http://jacobsschool.ucsd.edu/news/news_releases/release.sfe?id=1961

Si te ha gustado el artículo, suscríbete ahora de forma gratuita a la Revista Genética Médica y recíbela cada 2 semanas.


Acepto el Aviso Legal

Deja un comentario