Novo Super-secuenciador de ADN
Una nueva técnica para secuenciar el genoma humano se ha desarrollado por los investigadores en los EE.UU. Estos utiliza chips electrónicos de bajo coste, portátiles.
La capacidad de la secuencia, o leer, el ADN ha revolucionado la investigación médica, incluyendo los campos del cáncer, genética humana y las enfermedades infecciosas. También ha llevado al campo emergente de la medicina personalizada, que pronto podría permitir a los médicos para adaptar terapias a los genomas individuales de los pacientes.
Desde el Proyecto Genoma Humano se completó hace casi 10 años, el costo de la secuenciación del ADN han disminuido de forma constante y la carrera es de ahora a la secuencia de un genoma humano completo por sólo 1.000 dólares EE.UU.. Uno de los factores clave de pie en el camino de este hito es la necesidad de aparatos de imagen caros.
Secuencia rápida, barata
Jonathan Rothberg y sus colegas de Torrent Ion Life Technologies en California han desarrollado una solución a este problema en forma de un sensor electrónico en un circuito integrado que se produce utilizando técnicas de bajo costo de fabricación de semiconductores.
"El desarrollo de la secuencia de iones de semiconductores tendrá un efecto tan profundo en la secuenciación como la introducción de reproductores de imágenes CMOS tenido en el desarrollo de la fotografía digital - hará que la secuencia de costos en todas partes, rápido y de bajo", dijo Rothberg, quien ha descrito la nueva tecnología en un artículo publicado en la naturaleza de esta semana.
"La secuenciación del genoma tiene un enorme potencial en el diagnóstico y tratamiento de la enfermedad. Este dispositivo semiconductor es un desarrollo muy emocionante que debe ser capaz de entregar información sobre el genoma a la clínica de forma barata y efectiva", agregó Dame Kay Davies de la Universidad de Oxford, Reino Unido, que no participó en la investigación.
Un nuevo enfoque
Los actuales métodos de secuenciación de ADN utilizan para visión óptica, lo que requiere de equipos costosos, mientras que otros intentos de utilizar sensores electrónicos para la síntesis de ADN y la secuencia se han visto limitados por el número de sensores que podrían caber en una sola matriz, lo que afecta negativamente a la velocidad a la que puede leer el código.
Rothberg equipo ha superar estas limitaciones mediante la producción de chips electrónicos sencillos con un gran número de sensores de rápido y uniforme dispuestos en una matriz de dos dimensiones.
A diferencia de las técnicas de secuenciación actual basada en la luz, que se basan en la liberación de fotones para medir cuando una base de nucleótidos se ha incorporado a una cadena de ADN, chips de Torrent Ion no tienen componentes ópticos y en lugar de utilizar un sensor para medir la liberación de iones de hidrógeno, que causan una reducción en el pH del medio circundante.
Este cambio de pH se convierte en una tensión que cada uno de bases de nucleótidos se incorpora, de manera que el código de la cadena de ADN se puede leer en la serie de lecturas de voltaje de un procesador de señal. Cada par de bases de nucleótidos se hace fluir de forma secuencial sobre el chip para diferenciar entre los cuatro nucleótidos. Los resultados se transmiten a través de varios filtros para asegurar que la 'lectura' del ADN es exacta y de resultados erróneos se filtran.
Aprovechando la ley de Moore - y el genoma
Para probar su nuevo método, Rothberg y sus colegas secuenciaron tres genomas bacterianos conocidos con el nuevo dispositivo, que logró un 99,99% de precisión. Luego lo llevé a secuenciar un genoma humano - y no cualquier genoma humano.
Oportunamente, se secuenció el genoma de Gordon Moore, el cofundador de Intel, quien en 1965 acuñó la teoría de que el número de transistores que se pueden agregar a un circuito integrado se duplica en cada dos años. Denominado "ley de Moore", esto es algo que los investigadores de genómica se esfuerzan por alcanzar para la secuenciación de ADN.
"La capacidad de aprovechar la ley de Moore, lo que permite más sensores y más y la secuencia de reacciones por chip, hace que el genoma de 1.000 dólares no sólo inevitable, sino sólo iniciar el. Al igual que la informática, la secuenciación directa en un chip de iones permite que el aumento rápido y continuo de la velocidad y reducción de los costes. Al ritmo de las mejoras de la tecnología actual de Ion, que llegará a $ 1.000 el genoma humano en 2013 y siguen bajando los costos a partir de ahí ", dijo Rothberg.
De mil millones de chips de sensor de iones
La secuenciación del genoma de Moore es necesario un millar de fichas individuales de iones y alrededor de mil millones de sensores - pero el equipo ha demostrado que pueden hacer más grandes y densos conjuntos de sensores y con la mejora continua de esta tecnología debe permitir a un mil millones de sensor de chips de iones que se produce para el consumo humano la secuenciación del genoma.
"En la escala actual, esta nueva plataforma apasionante probablemente no va a revolucionar la secuenciación del genoma en los centros de genoma", dijo Micklem Gos de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, que no participó en la investigación.
"El costo y la velocidad de una carrera y la escala de los datos generados se convierten en una plataforma muy atractiva para los laboratorios de investigación comunes en todo el mundo y hay un montón de potencial para mejoras en el futuro."
"La economía de escala de las tecnologías de semiconductores es sólo una parte de la ecuación de costos", agregó Michael Metzker del Centro de Secuenciación del Genoma Humano del Colegio Baylor de Medicina en Houston.
"Aunque el precio de Torrent Ion instrumento es significativamente más barato que las plataformas existentes, los costos por ejecutar son dictadas por la biblioteca y los reactivos de secuenciación y materiales. Si esta nueva tecnología puede ser realmente competitiva en coste con otros de nueva generación de estrategias para la re-secuenciación de grandes mamíferos genomas aún está por verse ".
