Para que la secuenciación de ADN se transforme en una parte rutinaria del cuidado de los pacientes, necesita ser más rápida y económica. Una empresa llamada Oxford Nanopore espera reducir tanto el tiempo como el coste de la secuenciación utilizando una técnica llamada secuenciación de nanoporo. La empresa ha realizado recientemente una importante demostración de su tecnología: por primera vez, los investigadores pudieron identificar bases de ADN con una precisión casi absoluta. Además de identificar las cuatro bases del ADN, la técnica también puede identificar versiones modificadas en una de las bases, que podrían ser las responsables de causar cáncer y otras enfermedades.

La nueva técnica posibilita la identificación directa de las bases sin necesidad de marcadores fluorescentes y equipos de captación de imágenes que se utilizan en la secuenciación de alta velocidad convencional. La lectura directa del ADN no sólo tendría que ser más rápida y barata, sino que también debería permitir análisis más complejos, según Jeffrey Schloss, director del programa de desarrollo de tecnología en el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano de Estados Unidos. Schloss dice que la característica del sistema de Oxford Nanopore para detectar modificaciones del ADN, catalogadas por una ciencia en desarrollo llamada epigenética, es particularmente apasionante. Por ejemplo, añadir moléculas orgánicas -llamadas grupos metílicos- a una de las bases jugó finalmente un papel protagonista en el desarrollo de enfermedades como el cáncer. Pero detectar estas modificaciones mediante métodos de secuenciación convencionales es arduo, por lo tanto los efectos globales y las razones por las que se desencadenan siguen siendo desconocidas.

Los investigadores de Oxford Nanopore aún no demostraron que puedan procesar secuencias completas de ADN con su sistema. Sin embargo, los nuevos resultados, pubicados esta semana en la revista Nature Nanotechnology, son una prueba importante del concepto de la secuenciación de nanoporo. Según Schloss, “demostraron la factibilidad de todos los pasos”.

El sistema que utilizó la compañía para identificar las bases de ADN es una proteína con forma de túnel alojada en una membrana muy parecida a la que rodea a las células biológicas. El flujo de iones a través de la membrana y a través del poro crea una corriente que se puede medir utilizando un electrodo similar al que usan para estudiar neuronas en el laboratorio. Al aplicar un potencial eléctrico fuerte a través de la membrana, los investigadores impulsan a las bases de ADN a través del poro. A medida que pasa cada base, modifica, de un modo característico, la corriente eléctrica que fluye a través del poro.    

La clave para que funcione el método radica en controlar el flujo de las bases a través del poro de proteína. Las bases de ADN son “demasiado pequeñas como para identificarlas solas, simplemente pasarían” afirma James Clark,científico del Oxford Nanopore (Reino Unido). Por lo tanto, recubrir la abertura con una molécula de azúcar le otorga volumen y no permite que el ADN pase demasiado rápido. En versiones anteriores del sistema de nanoporo, esta molécula de azúcar no estaba demasiado ligada al poro y entraba y salía. Los investigadores de la empresa, liderados por el fundador, Hagan Bayley, que además es profesor de química en la Universidad de Oxford, hicieron que fuera posible leer las bases de ADN, una después de la otra, al ligar químicamente el azúcar a la parte interior del nanoporo.

Oxford Nanopore puede identificar bases, pero todavía no en secuencia. El sistema implica pasar fragmentos de ADN, no hebras enteras, a través del nanoporo. Por eso, ahora la empresa está elaborando otro sistema para introducir hebras largas a través del poro, a una base por vez. Para hacerlo, los investigadores tienen que adjuntar una enzima llamada exonucleasa al nanoporo, y esperan que esa enzima fragmente las bases (una cada vez) y que atraviesen el poro hacia el otro lado.

Schloss asegura que “existen algunas dudas respecto a lo que pasará cuando se pongan hebras largas de ADN frente al nanoporo". “¿Se formará un nudo imposible de desatar?”, se pregunta.

Este es uno de los múltiples interrogantes con los que se enfrentan los investigadores. Para que la tecnología se pueda ampliar a escala y que se comercialice, los poros se tendrán que agrupar en conjuntos grandes, y la empresa tendrá que desarrollar métodos de lectura menos complicados para las señales eléctricas derivadas de los poros. Oxford Nanopore afirma que actualmente está trabajando para resolver ambos problemas.

Schloss afirma que un riesgo potencial del método de Oxford Nanopore con exonucleasa es que el ADN se destruirá a medida que se lee, y por eso será imposible volver a secuenciar la hebra para buscar errores.

Sin embargo, hay otros métodos para la secuenciación de nanoporo que son menos destructivos. David Deamer, profesor emérito de química de la Universitdad de California, Santa Cruz (Estados Unidos), a quien se le ocurrió el concepto de la secuenciación de nanoporo en los años 90 y que además es consejero científico de Oxford Nanopore, hace notar que esta no es la primera demostración de un sistema de nanoporo capaz de identificar todas las bases de ADN. El año pasado, investigadores dirigidos por Reza Ghadiri en el Scripps Institute, en California, secuenciaron una hebra larga de ADN de 10 bases utilizando otra técnica de este tipo. El flujo del ADN a través del sistema de Scripps, que está basado en el concepto original de Deamer, está controlado por una enzima que actúa como trinquete, que desplaza a la molécula a una base cada vez. Pero este sistema es demasiado lento, ya que avanza a razón de una base cada 10 minutos, y los investigadores de Scripps están trabajando para acelerarlo.

Oxford Nanopore no puso todos sus huevos en la misma canasta. Patentó la tecnología de varios métodos de secuenciación de nanoporo, incluso el de Deamer y otro que utiliza uno artificial: una oblea de silicio con perforaciones a nanoescala y recubierta de nanotubos de carbono cuya conductancia cambia a medida que pasa el ADN.

“Uno de estos métodos logrará un adelanto muy importante y podrá secuenciar a mayor velocidad y a menor precio del que lo hacemos ahora”, predice Deamer. Ni los investigadores del Oxford Nanopore ni los de los laboratorios de la competencia están dispuestos a especular respecto a cuándo va a suceder esto, o lo que costaría este sistema por cada genoma. Pero Schloss dice que es posible que uno de los grupos logre la meta original impuesta para el 2014 por el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano para la secuenciación exitosa por nanoporo.