Os cientistas da Universidade do Estado do Arizona criaram uma nova reviravolta em seus esforços para desenvolver uma maneira mais rápida e barata de ler o código genético do DNA. Eles desenvolveram o primeiro, leitor de DNA versátil que pode discriminar entre os quatro principais componentes químicos do DNA - a chave para desvendar o código vital por trás da hereditariedade e saúde humanas.

Liderado pelo professor Stuart Lindsay dos regentes da ASU, diretor do Centro de Biofísica de Molécula Única do Instituto Biodesign, a equipe da ASU é uma das poucas que recebeu fundos de estímulo para uma Iniciativa Nacional de Pesquisa do Genoma Humano, parte do National Institutes of Health, para tornar o sequenciamento do genoma do DNA tão difundido quanto um exame médico de rotina.

O objetivo geral desta iniciativa de "genoma de $ 1000" é desenvolver uma tecnologia de sequenciamento de DNA de última geração para inaugurar a era da medicina personalizada, onde o conhecimento de um indivíduo é completo, Código de informações de DNA com 3 bilhões de comprimento, ou genoma, permitirá uma abordagem mais personalizada para o diagnóstico e tratamento de doenças. Com as tecnologias atuais levando quase um ano para serem concluídas a um custo de várias centenas de milhares de dólares, menos de 20 indivíduos no planeta tiveram seus genomas inteiros sequenciados até o momento.

Para tornar seu sonho de pesquisa uma realidade, A equipe de Lindsay imaginou construir um pequeno, leitor de DNA em nanoescala que poderia funcionar como um scanner de caixa de supermercado, distinguir entre as quatro letras químicas do código genético do DNA, abreviado por A, G, C, e T, à medida que passam rapidamente pelo leitor.

Para fazer isso, eles precisavam desenvolver a nanotecnologia equivalente a enfiar a linha no buraco de uma agulha. Nesse caso, o DNA seria o fio que poderia ser reconhecido ao passar pelo 'olho' do leitor. Durante os últimos anos, A equipe de Lindsay tem feito progressos constantes, e demonstrou pela primeira vez a capacidade de ler sequências de DNA individuais em 2008 - mas essa abordagem foi limitada porque eles tiveram que usar quatro leitores separados para reconhecer cada uma das bases de DNA. Mais recentemente, eles demonstraram a capacidade de encadear sequências de DNA através do buraco estreito de um bloco de construção fundamental da nanotecnologia, o nanotubo de carbono.

A equipe de Lindsay depende dos olhos da nanotecnologia, tunelamento de varredura (STM) e microscópios de força atômica (ATM), para fazer suas medições. Os microscópios têm uma ponta de eletrodo delicada que fica bem perto da amostra de DNA.

Em sua última inovação, A equipe de Lindsay fez dois eletrodos, um na extremidade da sonda do microscópio, e outro na superfície, que tiveram suas extremidades minúsculas quimicamente modificadas para atrair e capturar o DNA entre uma lacuna como uma pinça química. A lacuna entre esses eletrodos funcionalizados teve que ser ajustada para encontrar o ponto ideal de ligação química, de modo que quando uma única base química de DNA passou por um minúsculo, Intervalo de 2,5 nanômetros entre dois eletrodos de ouro, ele adere momentaneamente aos eletrodos e um pequeno aumento na corrente é detectado. Qualquer menor, e as moléculas seriam capazes de se ligar em muitas configurações, confundindo a leitura, quaisquer bases maiores ou menores não seriam detectadas.

"O que fizemos foi estreitar o número de tipos de configurações ligadas a apenas um por base de DNA, "disse Lindsay." A beleza da abordagem é que todas as quatro bases cabem na lacuna de 2,5 nanômetros, então é um tamanho único, mas apenas isso! "

Nesta escala, que tem apenas alguns diâmetros atômicos de largura, fenômenos quânticos estão em jogo onde os elétrons podem realmente vazar de um eletrodo para o outro, tunelamento através das bases de DNA no processo.

Cada uma das bases químicas do código genético do DNA, abreviado A, C, T ou G, fornece uma assinatura elétrica exclusiva à medida que passam entre a lacuna nos eletrodos. Por tentativa e erro, e um pouco de serendipidade, eles descobriram que apenas uma única modificação química em ambos os eletrodos poderia distinguir entre todas as 4 bases de DNA.

"Agora fizemos um leitor de sequência de DNA genérico e somos o primeiro grupo a relatar a detecção de todas as 4 bases de DNA em um túnel, "disse Lindsay." Além disso, os experimentos de controle mostram que há um certo (pobre) nível de discriminação mesmo com eletrodos nus (os experimentos de controle) e isso é por si só, um primeiro também. "

"Ficamos bastante surpresos com a ligação aos eletrodos nus porque, como muitos físicos, sempre havíamos presumido que as bases simplesmente desabariam. Mas na verdade, qualquer químico de superfície dirá que as bases têm interações químicas fracas com as superfícies de metal. "

Próximo, O grupo de Lindsay está trabalhando duro tentando adaptar o leitor para trabalhar em soluções à base de água, uma etapa extremamente prática para aplicações de sequenciamento de DNA. Também, a equipe gostaria de combinar as capacidades do leitor com a tecnologia de nanotubos de carbono para trabalhar na leitura de pequenos trechos de DNA.

Se o processo pode ser aperfeiçoado, O sequenciamento de DNA pode ser realizado muito mais rápido do que a tecnologia atual, e por uma fração do custo. Só então a promessa da medicina personalizada alcançará um grande público.