Apesar de ter um diâmetro dezenas de milhares de vezes menor que um fio de cabelo humano, nanoporos podem ser a próxima grande novidade no sequenciamento de DNA. Ao passar moléculas de DNA através desses pequenos orifícios, os cientistas esperam um dia ler as sequências genéticas em um piscar de olhos.

Agora, pesquisadores da Brown University levaram o potencial da tecnologia de nanoporos um passo adiante. Eles combinaram um nanoporo com uma minúscula gaiola capaz de capturar e reter um único filamento de DNA depois que ele foi puxado através do poro. Enquanto enjaulado, experimentos bioquímicos podem ser realizados na fita, que pode então ser compactado de volta através do nanopore para ver como a fita mudou.

"Vemos isso como uma técnica de habilitação muito interessante, "disse Derek Stein, professor associado de física e engenharia na Brown, que ajudou a desenvolver a tecnologia com seus alunos de graduação. "Isso permite que você olhe pela primeira vez para a mesma molécula antes e depois de qualquer tipo de reação química que possa ter ocorrido."

Um artigo descrevendo o dispositivo é publicado em Nature Communications .

O dispositivo se parece um pouco com um minúsculo disco de hóquei oco. Em um lado plano está um nanopore, e do outro lado há um buraco um pouco maior. Quando imerso em uma solução contendo DNA, uma corrente elétrica através do nanopore agarra uma única fita e a puxa para a câmara oca. Uma vez lá, o fio tem uma tendência natural de se enrolar em uma bola emaranhada. Essa bola é muito grande para caber no buraco do outro lado, mas esse buraco pode ser usado para introduzir moléculas adicionais que podem reagir com o DNA preso. Uma vez que uma reação ocorreu, a corrente elétrica é revertida e o fio é enviado de volta pelo poro, que pode procurar por mudanças na vertente.

"O que fizemos é basicamente um tubo de ensaio muito pequeno, "disse Xu Liu, que liderou o trabalho enquanto ele era um estudante de graduação na Brown. "Podemos fazer bioquímica em fita única naquele espaço muito confinado."

A chave para a tecnologia, Liu disse, estava fazendo aquele tubo de ensaio pequeno, mas não muito pequeno. Se fosse muito pequeno, o DNA não teria espaço suficiente para se enrolar, o que faria com que ele espirrasse para fora do orifício na parte superior do dispositivo. Usando alguns cálculos teóricos e um pouco de tentativa e erro, os pesquisadores se estabeleceram em uma gaiola com cerca de 1,5 micrômetro quadrado.

Liu então testou a tecnologia usando o que é chamado de enzima de restrição, que corta moléculas de DNA em sequências particulares. Depois que uma molécula de DNA intacta foi puxada através do poro para dentro da gaiola, os pesquisadores aplicaram a enzima através do orifício na parte superior do dispositivo. Se tudo corresse como planejado, a enzima deve ter cortado a fita em quatro pedaços. Quando eles puxaram a molécula de volta pelo poro, eles detectaram quatro sinais distintos, indicando que o experimento funcionou conforme o esperado.

Os pesquisadores dizem que o dispositivo pode ser usado para todos os tipos de experimentos com DNA. Por exemplo, os cientistas usam moléculas chamadas sondas de hibridização para procurar sequências específicas em uma molécula de DNA. As sondas se ligam a sequências alvo, criando uma protuberância na fita de DNA que um nanoporo poderia detectar facilmente.

"Sempre houve o problema de saber como era o DNA antes de a sonda ser aplicada, "Stein disse." Esta é uma maneira de ter certeza de que você pode medir a mesma molécula antes que qualquer coisa seja feita com ela, e depois. Isso não era possível antes com os nanoporos porque a molécula se afastaria. "