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Biotecnología

El secuenciador de ADN que parece un 'smartphone' llega a la academia

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Unos 500 laboratorios ya están probando el revolucionario dispositivo, que se carga a través de un puerto USB

  • por Antonio Regalado | traducido por Lía Moya
  • 18 Septiembre, 2014

Foto: El secuenciador de Oxford Nanopore se carga enchufándolo al puerto USB de un ordenador.

Un día de 1989 el biofísico David Deamer se salió de la interestatal 5 de California (EEUU) para apuntar rápidamente una idea que se le acababa de ocurrir. En un instante de inspiración había imaginado una cadena de ADN enhebrándose a través de un poro microscópico. Cogió un boli y un cuaderno y esbozó una forma radical y nueva de estudiar la molécula de la vida.

Veinticinco años después su idea se está comercializando en forma de una máquina de secuenciación que tiene el tamaño de un smartphone cuyos efectos podrían acabar siendo igual de transformadores que los de este.

Las primeras versiones del instrumento, llamado MinION, han ido llegando a los laboratorios científicos a lo largo de los últimos meses después de muchísimos retrasos (ver "TR10: Secuenciación de nanoporos"). Lo fabrica una empresa del Reino Unido, Oxford Nanopore, que ha recaudado 292 millones de dólares (unos 224 millones de euros) e invertido 10 años en el desarrollo de la idea de Deamer para convertirla en un secuenciador de ADN que no se parece a ningún otro. Mide 10 centímetros de largo y se carga a través de un puerto USB en un ordenador. Al contrario que otras máquinas de secuenciación comerciales, que pueden tener el tamaño de una nevera y que necesitan litros de productos químicos para funcionar, esta mide el ADN directamente mientras la molécula atraviesa un poro diminuto suspendido en una membrana. Los cambios en la corriente eléctrica producidos por el paso del ADN se usan para leer la cadena de letras genéticas, A, G, C y T.

Los científicos que han tenido acceso a los prototipos del primer secuenciador comercial de "nanoporos" afirman que tiene fallos y tendencia a errores, pero que puede ser la forma en la que se estudie el ADN en el futuro. Después de probarlo, el investigador en bioinformática del Instituto Roslin en Escocia, Mick Watson, afirma que la secuenciación por nanoporos es "una tecnología rompedora que podría dominar el mercado de la secuenciación durante muchísimos años".

Aunque los investigadores informan de que el dispositivo sigue siendo desesperantemente impreciso, ya es capaz de llevar a cabo hazañas científicas imposibles hasta la fecha. Y por otra parte está el tamaño. Un secuenciador así de pequeño podría permitir a la policía leer el genoma de una mancha de sangre en la escena de un crimen, o a los médicos localizar un virus en medio de una epidemia. Este mes un científico tuiteó una imagen del secuenciador sobre su mesa de comedor, descodificando ADN.

El MinION es el resultado de una apuesta por I+D muy arriesgada de Oxford, una empresa con 200 empleados que lleva mucho tiempo con la vista puesta en el mercado creciente de los secuenciadores de ADN de alta velocidad, un mercado con el que no será fácil hacerse. Un 90% de los datos de ADN los producen las máquinas de una única empresa, Illumina de San Diego (EEUU) (ver "Medalla de oro: Illumina es el número 1"). Sus secuenciadores son tan buenos que la mayoría de sus competidores han acabado quebrando o retirándose con el rabo entre las piernas.

Foto: David Deamer hizo este boceto en 1989 cuando se le ocurrió la idea de la secuenciación por nanoporos.

Ahora algunas grandes empresas apuestan porque la secuenciación por nanoporos podría ser la tecnología que acabe con el lucrativo monopolio de Illumina. Roche, que hizo un intento fallido de adquirir Illumina en 2012, ha invertido 125 millones de dólares este año (unos 96 millones de euros) para comprar Genia Technologies, una pequeña empresa de nanoporos con sede en California, y ha invertido en otra, Stratos Genomics. Hitachi también está trabajando en tecnología de nanoporos, al igual que algunas start-up más, como Electronic Biosciences.

Deamer afirma que la idea de la secuenciación por nanoporos se le ocurrió en 1989, apenas tres años antes de que se lanzaran los primeros secuenciadores automáticos de ADN. Por aquel entonces estaba intentando construir células artificiales, masas esféricas de grasa capaces de bombear moléculas dentro y fuera de poros microscópicos, igual que las células de verdad. La inspiración repentina que tuvo fue que una molécula que pasara por uno de estos poros, sobre todo una molécula larga como el ADN, cambiaría continuamente las propiedades eléctricas de la masa. Algo que produciría una señal medible.

Han pasado 25 años hasta el desarrollo de MinION porque los problemas técnicos eran dantescos. Cada letra de ADN está separada por aproximadamente medio nanómetro de la siguiente y hay algunas a las que sólo las separa un átomo o dos, con lo que cuesta distinguirlas. ¿Y cómo enhebrar la cadena de letras de ADN a través del poro, suspendido en una capa que tienen la 100.000ª parte del grosor de un pelo, a una velocidad de 30 letras por segundo, como consigue MinION?

"Había mucha gente muy inteligente diciendo que era físicamente imposible", recuerda el director de la división de Ciencias del Genoma en el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano de Estados Unidos, Jeffrey Schloss. "Pues es definitivamente posible. La cuestión ahora es si la técnica es lo suficientemente buena como para poder usarse de forma práctica".

Oxford ya ha decepcionado a sus fans anteriormente. Cuando anunció el MinION por primera vez, en 2012, las expectativas se dispararon (ver "Un dispositivo portátil de ADN podría producir mejores datos"). Pero cuando las máquinas prometidas no hicieron acto de presencia, hubo quien empezó a preguntarse si el secuenciador no era más que un invento.

Para esta primavera Oxford ya había resuelto los fallos, o por lo menos los suficientes como para empezar a enviar versiones beta del secuenciador por nanoporos a los 500 laboratorios selectos con los que está colaborando. Otro de los pioneros de la tecnología, Mark Akeson, quien trabaja junto a Deamer en el departamento de Bioingeniería de la Universidad de California en Santa Cruz (EEUU), explica que desde junio ha recibido dos versiones actualizadas, lo queda una idea de la prisa que se está dando Oxford por mejorar el dispositivo.

Para los inventores originales de la tecnología, la llegada de una versión comercial del secuenciador de nanoporos es un hito. "La idea de poder mandar por mensajero una máquina funcional de 100 gramos es bastante alucinante", afirma Akeson. Aunque tanto él como Deamer tiene importantes intereses comerciales en Oxford, afirman que a todo el mundo le parece evidente que el MinION sólo es el principio. "Va bien", afirma Deamer. "El problema es la precisión, pero las mejoras están a punto de llegar, créeme".

Varios científicos que están usando el dispositivo afirman que lee correctamente sólo del 60 al 85% de las letras de ADN. Estas son las malas noticias. (Las máquinas de Illumina, algunas de las cuales cuestan más de un millón de dólares, tienen una precisión de más del 99,9%). Pero la secuenciación por nanoporos es tan distinta que incluso una máquina con tendencia a los errores podría ser una bendición para la ciencia.

Uno de los motivos es que los secuenciadores actuales más rápidos decodifican el ADN después de descomponerlo en pedacitos diminutos, y van leyendo sólo 150 letras de cada vez. Después hay que recomponer el puzle de esos trozos para crear un genoma. Incluso con un superordenador, a menudo el puzle no se puede resolver, puede haber demasiadas secuencias repetidas o partes que faltan.

La secuenciación por nanoporos puede ayudar porque produce lo que los científicos llaman "lecturas largas". Por ejemplo, Akeson explica que este verano su laboratorio leyó una cadena continua de ADN humano que tenía 79.000 letras de longitud, algo que probablemente sea un récord. Igual que tener el marco de un puzle y las esquinas como guía, las lecturas largas facilitan muchísimo la recomposición de un genoma, sobre todo de una especie que nunca se haya estudiado.

Aún no se conoce el precio comercial del secuenciador. El investigador de la Universidad de Birmingham (Reino Unido) Nick Loman afirma que su laboratorio pagó unos mil dólares (unos 770 euros) por hacerse cada una de sus máquinas, aunque con las células desechables que contienen la matriz de poros (unos 2.000) costarían algo más. Y afirma que espera que el precio siga siendo "muy barato" en el futuro.

La semana pasada el director Tecnológico de Oxford, Clive Brown, afirmó que pronto anunciarían nuevos instrumentos. Uno, bautizado PromethION, usará hasta 100.000 poros en paralelo y podría competir con el mejor sistema de secuenciación de Illumina, que se lanzó a principios de este año (ver "Secuencia tu genoma por menos de 750 euros") para los laboratorios interesados en secuenciar cientos de miles de genomas humanos para investigaciones médicas.

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