p (Phys.org) - Uma tecnologia de baixo custo pode tornar possível ler longas sequências de DNA muito mais rapidamente do que as técnicas atuais. p A pesquisa avança uma tecnologia, chamado de sequenciamento de DNA nanopore. Se aperfeiçoado, poderá algum dia ser usado para criar dispositivos portáteis capazes de identificar rapidamente sequências de DNA de amostras de tecido e do ambiente, os pesquisadores da Universidade de Washington que desenvolveram e testaram a abordagem, disseram.

p "Uma razão pela qual as pessoas estão tão animadas com o sequenciamento de DNA nanopore é que a tecnologia poderia ser usada para criar dispositivos semelhantes a 'tricorder' para detectar patógenos ou diagnosticar doenças genéticas rapidamente e no local, "disse Andrew Laszlo, autor principal e aluno de pós-graduação no laboratório de Jen Gundlach, um professor de física da UW que liderou o projeto.

p O artigo "Decodificando leituras de sequenciamento de nanoporos longos de DNA natural" descreve a nova técnica. Aparece em 25 de junho na edição online avançada da revista Nature Biotechnology .

p A maioria das tecnologias atuais de sequenciamento de genes exige o trabalho com pequenos fragmentos de DNA, tipicamente 50 a 100 nucleotídeos de comprimento. Eles devem ser processados ​​por grandes sequenciadores em um laboratório. O processo complicado pode levar de dias a semanas para ser concluído.

p A tecnologia Nanopore tira vantagem do pequeno, estruturas semelhantes a túneis encontradas nas membranas bacterianas. Na natureza, esses poros permitem que as bactérias controlem o fluxo de nutrientes através de suas membranas.

p O pesquisador da UW usou o nanopore Mycobacterium smegmatis porin A (MspA). Este poro bacteriano foi geneticamente alterado para que a parte mais estreita do canal tenha um diâmetro de cerca de um nanômetro, ou 1 bilionésimo de metro. Isso é grande o suficiente para que uma única fita de DNA passe. O nanoporo modificado é então inserido em uma membrana que separa duas soluções de sal para criar um canal que conecta as duas soluções.

p Para ler uma sequência de DNA com este sistema, uma pequena voltagem é aplicada através da membrana para fazer os íons da solução de sal fluírem através do nanopore. O fluxo de íons cria uma corrente mensurável. Se uma fita de DNA é adicionada à solução em um lado da membrana e, em seguida, entra em um poro, as volumosas moléculas de DNA impedirão o fluxo do íon muito menor e, portanto, alterarão a corrente. O quanto as mudanças atuais dependem de quais nucleotídeos - as moléculas individuais de adenina, guanina, citosina e timina que compõem a cadeia de DNA - estão dentro do poro. A detecção de mudanças na corrente pode revelar quais nucleotídeos estão passando pelo canal do nanoporo em um determinado instante.

p Como a técnica foi proposta pela primeira vez na década de 1990, pesquisadores esperavam que o sequenciamento de DNA nanopore oferecesse um método barato, alternativa rápida para o sequenciamento de genes atual. Mas suas tentativas foram frustradas por vários desafios. É difícil identificar cada nucleotídeo um por um conforme eles passam pelo nanoporo. Em vez de, os pesquisadores precisam trabalhar com mudanças na corrente associadas a quatro nucleotídeos por vez. Além disso, alguns nucleotídeos podem ser perdidos ou lidos mais de uma vez. Consequentemente, a tecnologia de sequenciamento nanopore atual produz uma leitura imprecisa de uma sequência de DNA.

p Os pesquisadores da UW descrevem como contornaram esses problemas. Os pesquisadores primeiro identificaram as assinaturas eletrônicas de todas as combinações de nucleotídeos possíveis com os quatro nucleotídeos que compõem o DNA - um total de 256 combinações no total (4 x 4 x 4 x 4).

p Eles então criaram algoritmos de computador para combinar as mudanças atuais geradas quando um segmento de DNA passa pelo poro com as mudanças atuais esperadas de sequências de DNA de genes e genomas conhecidos armazenados em um banco de dados de computador. Uma correspondência mostraria que a sequência do DNA que passa pelo poro era idêntica ou próxima à sequência do DNA armazenada no banco de dados. Todo o processo levaria de minutos a algumas horas, em vez de semanas.

p Para testar essa abordagem, os pesquisadores usaram seu sistema nanopore para ler a sequência do bacteriófago Phi X 174, um vírus que infecta bactérias e que é comumente usado para avaliar novas tecnologias de sequenciamento de genoma. Eles descobriram que a abordagem lia de forma confiável as sequências de DNA do bacteriófago e podia ler sequências de até 4, 500 nucleotídeos.

p "Esta é a primeira vez que alguém mostra que os nanoporos podem ser usados ​​para gerar assinaturas interpretáveis ​​correspondentes a sequências de DNA muito longas de genomas do mundo real, "disse o co-autor Jay Shendure, um professor associado de ciências do genoma da UW, cujo laboratório desenvolve aplicações de tecnologias de sequenciamento de genoma. "É um grande passo em frente."

p Como a técnica se baseia em leituras correspondentes a bancos de dados de genes e genomas previamente sequenciados, ainda não pode ser usado para sequenciar um gene ou genoma recém-descoberto, os pesquisadores disseram, mas com alguns refinamentos, eles adicionaram, deve ser possível melhorar o desempenho nesta área. Para acelerar a pesquisa sobre esta nova tecnologia, os cientistas estão fazendo seus métodos, dados e algoritmos de computador totalmente disponíveis para todos.

p "Apesar dos obstáculos restantes, nossa demonstração de que um dispositivo de baixo custo pode ler com segurança as sequências de DNA de ocorrência natural e pode interpretar segmentos de DNA desde 4, 500 nucleotídeos de comprimento representam um grande avanço no sequenciamento de DNA nanopore, "Disse Gundlach.