La medicina personalizada basada en genes tiene muchas posibilidades de diagnóstico y terapia dirigida, pero un gran cuello de botella:el costoso y lento proceso de secuenciación del ADN.

Ahora, Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han descubierto que los nanoporos en el material disulfuro de molibdeno (MoS2) podrían secuenciar el ADN con mayor precisión, de forma rápida y económica que cualquier otra cosa disponible hasta ahora.

"Una de las grandes áreas de la ciencia es secuenciar el genoma humano por menos de 1 dólar, 000, el 'genoma en casa, '", dijo Narayana Aluru, profesor de ciencias mecánicas e ingeniería en la U. de I. que dirigió el estudio. "Ahora hay una búsqueda para encontrar el material adecuado. Hemos utilizado MoS2 para otros problemas, y pensamos, ¿Por qué no lo probamos y vemos cómo funciona para la secuenciación del ADN? "

Como resulta, MoS2 supera a todos los demás materiales utilizados para la secuenciación de ADN de nanoporos, incluso el grafeno.

Un nanoporo es un agujero muy pequeño que se perfora a través de una hoja delgada de material. El poro es lo suficientemente grande como para que pase una molécula de ADN. Una corriente eléctrica impulsa el ADN a través del nanoporo, y las fluctuaciones en la corriente a medida que el ADN pasa a través del poro indican la secuencia del ADN, ya que cada una de las cuatro letras del alfabeto de ADN - A, C, G y T:son ligeramente diferentes en forma y tamaño.

La mayoría de los materiales utilizados para la secuenciación de ADN de nanoporos tienen un defecto considerable:son demasiado gruesos. Incluso una hoja delgada de la mayoría de los materiales abarca múltiples eslabones de la cadena de ADN, haciendo imposible determinar con precisión la secuencia exacta del ADN.

El grafeno se ha convertido en una alternativa popular, ya que es una hoja hecha de una sola capa de átomos de carbono, lo que significa que solo una base a la vez atraviesa el nanoporo. Desafortunadamente, el grafeno tiene su propio conjunto de problemas, el más grande es que el ADN se adhiere a él. El ADN que interactúa con el grafeno introduce mucho ruido que dificulta la lectura de la corriente. como una estación de radio estropeada por una fuerte estática.

MoS2 también es una hoja de una sola capa, lo suficientemente delgado como para que solo una letra de ADN a la vez atraviese el nanoporo. En el estudio, los investigadores de Illinois encontraron que el ADN no se adhiere a MoS2, pero pasa a través del poro limpia y rápidamente. Vea una animación a continuación:

"MoS2 es un competidor del grafeno en términos de transistores, pero mostramos aquí una nueva funcionalidad de este material al demostrar que es capaz de biosensar, "dijo el estudiante de posgrado Amir Barati Farimani, el primer autor del artículo.

Lo más emocionante para los investigadores, las simulaciones produjeron cuatro señales distintas correspondientes a las bases en una molécula de ADN de doble hebra. Otros sistemas han producido dos en el mejor de los casos, A / T y C / G, que luego requieren un análisis computacional extenso para intentar distinguir A de T y C de G.

La clave del éxito de la compleja simulación y análisis de MoS2 fue la supercomputadora Blue Waters, ubicado en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación de la U. de I.

"Estos son cálculos muy detallados, "dijo Aluru, quien también es parte del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas en la U. de I. "Realmente nos dicen la física de los mecanismos reales, y por qué MoS2 funciona mejor que otros materiales. Ahora tenemos esos conocimientos gracias a este trabajo, que utilizó Blue Waters extensamente ".

Ahora, Los investigadores están explorando si pueden lograr un rendimiento aún mayor al acoplar MoS2 con otro material para formar un bajo costo, Dispositivo de secuenciación de ADN rápido y preciso.

"El objetivo final de esta investigación es crear algún tipo de dispositivo de secuenciación de ADN personal o en el hogar, "Barati Farimani dijo." Estamos en el camino para llegar allí, encontrando las tecnologías que pueden rápidamente, Identificar de forma económica y precisa el genoma humano. Tener un mapa de su ADN puede ayudar a prevenir o detectar enfermedades en las primeras etapas de desarrollo. Si todo el mundo pudiera secuenciar de forma económica para poder conocer el mapa de su genética, pueden estar mucho más alertas a lo que sucede en sus cuerpos ".