En menos de un segundo un pequeño sensor utilizado en la investigación de la química cerebral puede detectar las moléculas clave que proporcionan las instrucciones genéticas para la vida, ARN y ADN, muestra un nuevo estudio de American University.

Los investigadores de la UA creen que el sensor es una herramienta útil para los científicos que participan en la investigación clínica para medir el metabolismo del ADN. y que el sensor podría ser una forma rápida para que los médicos de laboratorio distingan las muestras 'sanas' de las 'enfermas' y determinen si un patógeno es un hongo, bacteriano, o viral, antes de realizar más análisis.

Para explorar si los sensores podrían detectar ARN y ADN, Alejandro Zestos, profesor asistente de química, se asoció con John Bracht, profesor asociado de biología, para probar un nuevo método de detección de ARN y ADN. Ambos profesores son parte del Centro de Neurociencia y Comportamiento de AU, que reúne a investigadores de una variedad de campos para investigar el cerebro y su papel en el comportamiento.

Electrodo novedoso mide el ARN y el ADN

Los sensores también conocidos como microelectrodos de fibra de carbono, permiten a investigadores como Zestos realizar mediciones precisas de sustancias químicas en el cerebro. Los investigadores pueden aprender más sobre los complejos circuitos de vías neurales y neurotransmisores del cerebro, sustancias químicas en el cerebro que transmiten mensajes a lo largo de una vía determinada.

Zestos y Bracht utilizaron un microelectrodo de fibra de carbono típico con voltamperometría cíclica de barrido rápido, el mismo tipo de sensor que se utiliza para detectar la dopamina en el cerebro. El trabajo de Zestos con frecuencia implica el uso de sensores para detectar y medir la dopamina en el cerebro, debido a que el neurotransmisor se encuentra en una amplia gama de actividad en el sistema nervioso, desde movimientos corporales hasta respuestas emocionales.

Los investigadores modificaron el sensor con un electrodo especializado. No estaban seguros de que funcionaría y se sorprendieron cuando el electrodo, o forma de onda, detectó los picos oxidativos de adenosina y guanosina, dos de los componentes básicos del ADN. El tiempo de detección es rápido, ocurriendo en menos de un segundo. Los métodos de investigación se verificaron utilizando ARN y ADN tanto animales como sintéticos.

Una herramienta de investigación y diagnóstico previo

En el corto plazo, Bracht y Zestos visualizan la herramienta como útil en la investigación clínica. Los investigadores que utilizan la herramienta podrían obtener información útil sobre los ácidos nucleicos y medir las proporciones relativas de adenosina, guanosina y citidina, otra nucleobase de ADN. Aproximadamente del tamaño de una hebra de cabello humano, el sensor es lo suficientemente pequeño para implantarse en células, tejido, o en organismos vivos. El sensor puede detectar ADN o ARN en cualquier muestra de fluido, incluyendo gotitas de líquido, saliva, sangre u orina.

El sensor también se puede utilizar como diagnóstico previo. La aparición de una enfermedad o una infección por hongos puede provocar un rápido aumento de los ácidos nucleicos, que el sensor puede medir, y posiblemente predecir infecciones rápidas, dijeron los investigadores. Los resultados de las pruebas de coronavirus pueden tardar hasta un día o más, por ejemplo.

"Los sensores electroquímicos se pueden utilizar para evaluar muestras antes de los métodos basados ​​en secuencias, ", Dijo Bracht." Podemos imaginar varios casos en los que clínicamente es útil medir rápidamente el ADN o el ARN en una muestra antes de seguir secuenciando. Por ejemplo, se puede usar cuando hay muchas muestras para verificar rápidamente antes de realizar pruebas más extensas ".

Una limitación actual es que el sensor necesitará detectar algo más que las hebras de ADN y ARN. Para detectar un virus específico o para realizar pruebas genéticas, el sensor deberá detectar la secuencia genética de un virus. Un siguiente paso en la investigación será modificar aún más el sensor para ver si el sensor puede detectar un virus. El sensor tiene potencialmente una variedad de aplicaciones para las que se necesitarán más investigaciones, incluso dentro de la ciencia forense y otros campos donde los sensores juegan un papel destacado.

"También hemos pensado si podemos medir el metabolismo del ADN dentro de los cerebros y células vivos, ", Dijo Bracht." Posiblemente podríamos usar un electrodo para medir neurotransmisores como la dopamina y también medir el ADN y el ARN y sus componentes básicos en tiempo real en un cerebro ".

La nueva investigación se publica en la revista de química. ACS Omega .