En junio del año pasado, un equipo de científicos británicos y brasileños se subió a un autobús convertido en un laboratorio improvisado que iba a recorrer seis ciudades de la zona noreste de Brasil. Los investigadores había ido a buscar mosquitos infectados con el virus del Zika para secuenciar su genoma, ya que la evolución del genoma del virus contiene pistas sobre los orígenes de una epidemia. Pero en lugar de recoger insectos y enviar las muestras de vuelta a un laboratorio central, los investigadores equiparon el autobús con todo lo necesario para realizar la investigación in situ. El elemento más importante: un secuenciador de ADN del tamaño y el peso aproximado de una baraja que funciona gracias a un cable USB portátil y cuesta menos de 900 euros.

El instrumento, llamado el MinION, funciona haciendo pasar al ADN por unos 500 poros nanoscópicos que le hacen emitir una señal eléctrica distinta para cada nucleótido, o letra de ADN. Para registrar el genoma sólo hay que medir la secuencia de señales eléctricas emitidas por cada base de ADN. La empresa responsable de este ingenioso aparato es la británica Oxford Nanopore Technologies, que ha dedicado 12 años y alrededor de 180 millones de euros a su desarrollo. Gracias a él, este año ocupa el puesto 12 de nuestra lista de las 50 Empresas más Inteligentes de 2017. La compañía prevé que sus secuenciadores de ADN de bajo coste permitirán estudiar la vida en tiempo real. Cada ser vivo tiene su propio ADN que le caracteriza, y ser capaz de leerlo proporciona una poderosa herramienta para identificar y elaborar perfiles microbianos en gran detalle. El año pasado, el mismo dispositivo fue empleado en la Antártida para estudiar la vida de sus valles congelados, en la Estación Espacial Internacional para secuenciar genes en el espacio por primera vez y a gran profundidad bajo tierra en una mina de carbón galés conocida como "el gran agujero".

Una cuestión clave para Oxford Nanopore es si la secuenciación portátil tendrá una utilidad amplia. La empresa, valorada en unos 1.320 millones de euros y que introdujo MinION en 2014, todavía tiene unas ventas insignificantes, de poco más de cinco millones de euros en 2016. Aun así, confía en que los usuarios crearán nuevas aplicaciones, lo que aumentará la demanda y permitirá que la compañía conquiste el mercado de la secuenciación masiva.

A nivel mundial, la industria está valorada en casi 2.700 millones de euros anuales, según la consultora DeciBio. Esta cantidad equivale a los beneficios de un único fármaco superventas. El mercado está dominado por Illumina (puesto 22 de la lista), cuya máquina de alta gama cuesta casi 900 millones de euros, ocupa lo mismo que un archivador grande y pesa más de 260 kilos.  Puede descifrar 35 genomas humanos a la semana, con alta precisión, por menos de 900 euros cada uno. En manos de grandes centros académicos y empresas, estas máquinas están impulsando las investigaciones genéticas sobre las causas de las enfermedades y, cada vez más, la búsqueda de nuevos tipos de pruebas diagnósticas para el cáncer yasí como cribados prenatales.

Todas esas actividades podrían llegar a hacerse con la secuenciación de nanoporos, o eso es lo que espera Oxford Nanopore. En estos momentos, el MinION ofrece una buena manera de identificar y estudiar las bacterias y los virus. Pero el año pasado también secuenció sus primeros genomas humanos (aunque este proceso todavía es complicado y no demasiado barato, ya que cuesta cerca de 18.000 euros en cartuchos desechables de 450 euros la unidad).

Foto: Jaqueline Goes de Jesús de la Fundación Oswaldo Cruz y Nuno Faria de la Universidad de Oxford utilizan el secuenciador MinION en João Pessoa, Brasil, como parte de un estudio móvil sobre los orígenes del virus Zika.

Foto: Bruna do Nascimento del Instituto Evandro Chagas en Brasil estudia mosquitos Aedes aegypti, la variedad que propaga el Zika.

Hace tres años, cuando Oxford Nanopore empezó a enviar los primeros MinIONs a un puñado de laboratorios para que lo probasen, su rendimiento era inestable en el mejor de los casos. Los primeros modelos eran propensos a errores y a menudo ni siquiera funcionaban. Pero esos primeros errores fueron el precio que la empresa tuvo que pagar por su estrategia de reclutar biólogos expertos en tecnología que han ayudado a mejorar el dispositivo, darlo a conocer y explorar aplicaciones potenciales. Y Oxford Nanopore no ha tardado mucho en mejorar el MinION. En sólo dos años, el dispositivo se ha vuelto mucho más preciso y cinco veces más rápido. Ahora, las hebras de ADN atraviesan cada poro a 450 letras por segundo. Y aún hay margen para nuevas mejoras. El experto en bioinformática de la Universidad del Sur de California (EEUU) Benedict Paten, afirma: "Puedo imaginármelo. Está avanzando a pasos agigantados. Creo que están a punto de dominar la secuenciación".

Por ahora, el MINION no es tan rápido ni tan preciso como las máquinas de Ilumina. Pero el proceso de secuenciación suele implicar la observación del ADN mediante grandes y caros microscopios y una química muy compleja. Pero en el proceso de Oxford Nanopore las cadenas de ADN son succionadas a través de minúsculos poros biológicos en forma de anillo extraídos de la superficie de las bacterias. A su paso, las cadenas de letras de ADN (A, G, C y T) generan una señal eléctrica ligeramente distinta pero suficientemente potente para que la máquina lo identifique.

El pasado mes de abril, Oxford invitó a muchos de sus usuarios a su evento anual en Londres (Reino Unido), una especie de conferencia de desarrolladores biológicos. Durante la conferencia, su director tecnológico, Clive Brown, subió al escenario para alardear un poco y también pedir disculpas por un desfile de ideas a medio terminar para mejorar el MinION y para el desarrollo de futuros productos.

Comenzando con lo que Brown ahora llama el "notorio" y prematuro anuncio del MinION en 2012 (que no se llegó a lanzar hasta un año y medio después), Oxford Nanopore a menudo ha hecho grandes promesas que no ha podido cumplir. Desde 2016 ha esquivado dos demandas por infracción de patente interpuestas por Illumina y otro rival, Pacific Biosciences, al modificar aspectos claves del MinION. En ambos casos, las actualizaciones consiguieron mejorar el dispositivo.

"Parece que hay un halo que envuelve a esta empresa", comenta  su abogado de patentes, Martyn Andrews. 

Foto: El secuenciador de ADN MinION pesa 100 gramos y es alimentado por un cable USB.

Foto: La astronauta Kate Rubins secuenciando ADN a bordo de la Estación Espacial Internacional en 2016.

MinION puede hacer algunos trucos poco convencionales. Uno de ellos es leer extensiones extraordinariamente largas de letras de ADN de forma consecutiva. Los instrumentos de Illumina leen el ADN en fragmentos cortos de 150 letras. Con un MINION, las lecturas de 10.000 letras son comunes. ¿Su récord? 882.000 letras de ADN de manera ininterrumpida.

Ser capaz de leer largas secuencias facilita el trabajo de reensamblaje digital de un genoma a partir de sus partes: imagine un rompecabezas de miles de piezas frente a otro con millones de ellas. Este es un factor crucial cuando se explora el genoma de un organismo por primera vez. También simplifica el estudio del ADN de los pacientes en busca de ciertos trastornos y cánceres causados por la duplicidad o ausencia de algunos genes, algo que los científicos llaman "variación estructural", en lugar de mutaciones que afectan a las letras individuales.

Mientras que el MINION es más apto para analizar bacterias y virus, la empresa trabaja en un segundo dispositivo, el Promethion, que Brown cree que será el "asesino de Illumina", porque resultará muy cómodo para secuenciar genomas humanos y los de otros organismos con genomas grandes. Este aparato del tamaño de impresora que filtra el ADN por decenas de miles de poros de forma simultánea, leerá un billón de letras de ADN en cuestión de horas, según Brown. Más o menos lo mismo que el aparato de secuenciación de gama alta de casi un millón de euros de Illumina llamado HiSeq X-, pero la versión británica será mucho más barata.

Como muchas de las ideas de Oxford Nanopore, el Promethion es una obra en progreso. Y ya va con mucho retraso. Oxford Nanopore planea lanzarlo a la venta a finales de este año. "Aguantad un poquito", pidió Brown a los científicos durante la reunión de Oxford Nanopore. ZF-Screens, una empresa de los Países Bajos, es una de las pocas que dispone de uno prototipo del Promethion. Sus científicos esperan utilizarla para decodificar el genoma de la flor nacional del país, el tulipán. Conocer los detalles genéticos de esta flor comercialmente valiosa podría acelerar la creación de nuevas variedades, algo que puede llevar hasta 30 años debido al tiempo de maduración tan largo del tulipán. Pero el genoma de la planta es enorme, de unas 10 veces más que el de un ser humano, y es tan repetitivo que los métodos actuales como el de Illumina no sirven. El miembro del equipo Hans Jansen afirma haber probado el Promethion y asegura que "por una parte funciona, por otra no". El software de captura de datos está mal elaborado y el primer lote de células porosas llegó roto.

Pero Jansen no piensa rendirse,  porque cree que las lecturas de secuencias más largas de ADN son la única estrategia para conquistar el genoma laberíntico del tulipán. "Necesitamos esta tecnología", concluye.