La tecnología de descodificación de ADN de bajo costo se acerca con el avance de nanopore

La tecnología de secuenciación es una gran promesa como herramienta para diagnosticar patógenos de enfermedades e identificar tejido del ADN que contienen. Si se pueden superar las barreras tecnológicas desafiantes, algún día veremos dispositivos portátiles que pueden identificar rápidamente las secuencias de ADN de muestras de tejidos y el medio ambiente.

Esta es la opinión de un equipo de la Universidad de Washington (UW) en Seattle que ha desarrollado una técnica que implica la "secuenciación de ADN de nanopore" que supera una barrera tecnológica significativa para el avance de la tecnología de secuenciación. Los investigadores describen su nueva técnica en un artículo publicado en la revista Biotecnología de la naturaleza.

El líder del proyecto es Jen Gundlach, profesor de física de la Universidad de Washington. El autor principal, Andrew Laszlo, estudiante graduado en el laboratorio del Prof. Gundlach dice que una de las razones por las cuales los científicos se entusiasman con la secuenciación de ADN nanopore es que creen que algún día podrían llevar escáneres médicos manuales que recuerden los "tricorders" multifunción utilizados por el personal de la Flota Estelar. universo ficticio de Star Trek para detectar rápidamente patógenos o diagnosticar trastornos genéticos en el lugar.

El paso clave es la capacidad de identificar largas secuencias de ADN

La nueva técnica basada en nanoporos del equipo de UW es importante porque la mayoría de la tecnología actual utilizada en la secuenciación de genes solo puede funcionar con secuencias cortas de ADN, típicamente trozos de no más de 50 a 100 de los cuatro nucleótidos o "letras" que componen el código genético, a saber, las moléculas de adenina, guanina, citosina y timina. Además, tienen que ser procesados ??por grandes dispositivos de secuencia en un laboratorio, y pueden pasar días o semanas hasta que el resultado esté listo.

Pero la tecnología nanopore promete transformar esto y hacer que la tecnología de secuenciación de ADN sea más barata y más rápida, y ahora, con el paso que ha dado el equipo de UW, también puede manejar secuencias de ADN más largas.

La tecnología explota un fenómeno natural que se encuentra en bacterias cuyas membranas contienen pequeñas estructuras similares a túneles que les permiten controlar el flujo de nutrientes dentro y fuera de sus células.

Nanopore tiene una apertura lo suficientemente grande como para que pase una sola cadena de ADN

Para su estudio, el equipo de UW utilizó un poro bacteriano alterado genéticamente que tiene un diámetro de alrededor de un nanómetro, o 1 mil millonésima de metro, en su punto más estrecho, de ahí la expresión "nanopore". Tal apertura es lo suficientemente grande como para permitir el paso de una sola cadena de ADN, un nucleótido a la vez.

Un secuenciador de nanoporos de ADN tiene un canal de nanoporos entre dos soluciones de sal que, con la ayuda del voltaje aplicado a él, obliga a los iones a pasar a través del canal. La corriente eléctrica resultante puede medirse. Pero cuando una cadena de ADN pasa a través del canal, cambia la corriente al interferir con el flujo suave de los iones. La cantidad de interferencia depende de cuál de los cuatro nucleótidos está dentro del nanoporo en el momento.

Dicha tecnología se propuso por primera vez hace 20 años, y los científicos esperaban que condujera rápidamente a una alternativa más rápida y económica a la secuenciación de genes. Pero sus esfuerzos por llegar a tal santo grial estaban plagados de problemas, principalmente relacionados con la identificación precisa de los nucleótidos a medida que atravesaban el nanoporo. En ocasiones, se pasa por alto un nucleótido, o se lee más de una vez, lo que arroja una lectura imprecisa de una secuencia de ADN.

Pero el equipo de UW encontró una forma de eludir el problema. Su solución fue en dos partes. La primera parte fue identificar la firma electrónica, el patrón único de cambios en la corriente eléctrica en el nanoporo, producida cuando cada una de las 256 combinaciones diferentes de los cuatro nucleótidos pasaba a través del nanoporo.

La segunda parte era hacer coincidir las firmas electrónicas generadas cuando un segmento de ADN pasaba a través del nanoporo con las esperadas de secuencias de ADN conocidas de genes y genomas almacenados en una base de datos. Una coincidencia mostraría que la secuencia de ADN particular que pasa a través del nanoporo era cercana o igual que una en la base de datos.

Los nanopobres de primera vez han generado firmas interpretables de largas secuencias de ADN

Probaron su método utilizando el secuenciador de nanoporos para leer el código genético de un virus infectante de bacterias llamado bacteriófago Phi X 174, que a menudo se usa para probar nuevos secuenciadores del genoma. Descubrieron que su sistema de nanoporos podía leer secuencias de hasta 4,500 nucleótidos del código genético del virus.

El coautor Jay Shendure, profesor asociado de ciencias del genoma de la Universidad de Washington, quien describe el logro como "un importante paso adelante", dice que es la "primera vez que alguien ha demostrado que los nanopores pueden usarse para generar firmas interpretables correspondientes a secuencias de ADN muy largas". de los genomas del mundo real ".

Debido a que depende de patrones coincidentes con secuencias conocidas, la tecnología solo puede usarse para identificar genes y genomas ya secuenciados; no puede identificar a los recién descubiertos, pero el equipo confía en que es solo cuestión de tiempo antes de que una nueva versión pueda hacer eso. .

Los fondos de los Institutos Nacionales de Salud, los Institutos Nacionales de Investigación del Genoma Humano y la National Science Foundation ayudaron a financiar el proyecto.

Mientras tanto, en julio de 2013, Noticias médicas hoy aprendió cómo los investigadores en Suiza desarrollaron una prueba rápida para bacterias usando "diapasones" de tamaño nanométrico que podrían reducir la escala de tiempo para identificar la causa de las infecciones bacterianas a minutos en lugar de días. Tal prueba podría salvar vidas al garantizar que los pacientes con infecciones graves reciban el antibiótico correcto de inmediato.

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