A medicina personalizada baseada em genes tem muitas possibilidades de diagnóstico e terapia direcionada, mas um grande gargalo:o processo caro e demorado de sequenciamento de DNA.

Agora, pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign descobriram que nanoporos no material de dissulfeto de molibdênio (MoS2) poderiam sequenciar o DNA com mais precisão, de forma rápida e econômica do que qualquer coisa ainda disponível.

"Uma das grandes áreas da ciência é sequenciar o genoma humano por menos de US $ 1, 000, o 'genoma-em-casa, '"disse Narayana Aluru, um professor de ciência mecânica e engenharia na Universidade de I. que liderou o estudo. “Agora há uma busca para encontrar o material certo. Usamos o MoS2 para outros problemas, e pensamos, por que não experimentamos e vemos como funciona para o sequenciamento de DNA? "

Acontece que O MoS2 supera todos os outros materiais usados ​​para sequenciamento de DNA de nanopore - até mesmo o grafeno.

Um nanoporo é um orifício minúsculo feito em uma folha fina de material. O poro é grande o suficiente para a passagem de uma molécula de DNA. Uma corrente elétrica conduz o DNA através do nanopore, e as flutuações na corrente conforme o DNA passa pelo poro contam a sequência do DNA, já que cada uma das quatro letras do alfabeto DNA - A, C, G e T - são ligeiramente diferentes em forma e tamanho.

A maioria dos materiais usados ​​para sequenciamento de DNA nanopore tem uma falha considerável:eles são muito grossos. Mesmo uma folha fina de muitos materiais abrange vários links da cadeia de DNA, tornando impossível determinar com precisão a seqüência exata de DNA.

O grafeno se tornou uma alternativa popular, já que é uma folha feita de uma única camada de átomos de carbono - o que significa que apenas uma base de cada vez passa pelo nanopore. Infelizmente, o grafeno tem seu próprio conjunto de problemas, o maior é que o DNA se adere a ele. O DNA interagindo com o grafeno introduz muito ruído que torna difícil ler a corrente, como uma estação de rádio estragada por uma estática alta.

MoS2 também é uma folha de camada única, fino o suficiente para que apenas uma letra de DNA de cada vez passe pelo nanopore. No estudo, os pesquisadores de Illinois descobriram que o DNA não adere ao MoS2, mas passa pelos poros de forma limpa e rápida. Veja a animação abaixo:

“MoS2 é um concorrente do grafeno em termos de transistores, mas mostramos aqui uma nova funcionalidade deste material, mostrando que ele é capaz de biossensor, "disse o estudante de graduação Amir Barati Farimani, o primeiro autor do artigo.

Mais empolgante para os pesquisadores, as simulações renderam quatro sinais distintos correspondentes às bases em uma molécula de DNA de fita dupla. Outros sistemas produziram dois na melhor das hipóteses - A / T e C / G - que então requerem uma extensa análise computacional para tentar distinguir A de T e C de G.

A chave para o sucesso da simulação e análise complexas do MoS2 foi o supercomputador Blue Waters, localizado no National Center for Supercomputing Applications na U. de I.

"São cálculos muito detalhados, "disse Aluru, que também faz parte do Instituto Beckman de Ciência e Tecnologia Avançada da Universidade de I. "Eles realmente nos contam a física dos mecanismos reais, e porque o MoS2 tem um desempenho melhor do que outros materiais. Temos esses insights agora por causa deste trabalho, que usou Blue Waters extensivamente. "

Agora, os pesquisadores estão explorando se eles podem alcançar um desempenho ainda maior acoplando MoS2 com outro material para formar um de baixo custo, dispositivo de sequenciamento de DNA rápido e preciso.

"O objetivo final desta pesquisa é fazer algum tipo de dispositivo de sequenciamento de DNA doméstico ou pessoal, "Barati Farimani disse." Estamos no caminho para chegar lá, encontrando as tecnologias que podem rapidamente, identificar de forma barata e precisa o genoma humano. Ter um mapa de seu DNA pode ajudar a prevenir ou detectar doenças nos estágios iniciais de desenvolvimento. Se todos pudessem sequenciar de forma barata para que pudessem conhecer o mapa de sua genética, eles podem estar muito mais alertas ao que se passa em seus corpos. "