Hoy día las técnicas de secuenciación de ADN consisten en el corte del ADN, la creación de muchas copias de las piezas, y la lectura de moléculas fluorescentes unidas a ellas. Este enfoque lleva días y cuesta decenas de miles de dólares. Por el contrario, la secuenciación por nanoporos podría, en teoría, analizar un genoma humano completo en pocas horas.
La secuenciación por nanoporos consiste en tirar de una cadena de ADN a través de un pequeño agujero en una membrana suspendida en una solución salina con un voltaje aplicado a través de ella. Los iones que se desplazan de un lado de la membrana al otro crean una corriente eléctrica. Al tiempo que cada una de las cuatro bases de ADN diferentes pasan a través del poro, la intensidad de la corriente disminuye en un grado diferente, lo que permite una rápida secuenciación de las bases.
Los nanoporos utilizados actualmente para la secuenciación de ADN se crean normalmente a partir de proteínas bacterianas o están grabados en membranas de nitruro de silicio. Estas membranas tienen entre 20 y 30 nanómetros de espesor. Sin embargo, puesto que la distancia entre dos bases de ADN es de 0,5 nanómetros, entre 40 a 60 bases podrían quedar atrapadas en los poros a la vez.
Una membrana más delgada, como el grafeno, podría permitir una identificación más precisa de las bases. Una única capa de grafeno es de sólo un nanómetro de espesor. Es "la membrana más delgada que jamás se haya aplicado a este problema", afirma Jene Golovchenko, profesor de física de Harvard que dirigió el nuevo trabajo, publicado en la revista Nature.
Los investigadores crean su membrana mediante la colocación de un copo de grafeno sobre una abertura de 200 nanómetros de ancho en mitad de una superficie de nitruro de silicio. Después taladran un pocos poros en el grafeno, de sólo unos nanómetros de ancho, con un haz de electrones. La membrana es finalmente sumergida en una solución de sal en contacto con electrodos de plata. Los investigadores observaron caídas en la corriente cuando una cadena de ADN pasaba a través del poro, demostrando que el método podría ser usado en última instancia para identificar las bases de ADN.
Otros dos grupos de investigación han demostrado logros similares recientemente: un grupo en el Instituto Kavli de Nanociencia y el otro en la Universidad de Pennsylvania. Estos avances fueron publicados en la revista Nano Letters en julio.
Sin embargo, la identificación de bases de ADN individuales a medida que pasan a través del poro llevará mucho más trabajo. Cada una de las cuatro bases de ADN diferentes deben bloquear la corriente que pasa a través del poro de forma distinta. Cualquier dispositivo debería ser capaz de distinguir estas cantidades variables. Sin embargo, llevar a cabo esta tarea significa controlar con precisión la velocidad con la cual el ADN pasa a través del poro. Este tipo de control es el mayor obstáculo para que la secuenciación por nanoporos sea práctica.
En el estudio de Nature, cada molécula de ADN, que contiene miles de bases, pasa a través del poro en cientos de microsegundos (alrededor de cuatro nanosegundos por base). Para leer una sola base, una a la vez, la cadena tendría que estar en el poro un tiempo 1.000 veces mayor, asegura John Kasianowicz, biofísico en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología e inventor de la secuenciación por nanoporos. Kasianowicz trabaja con membranas naturales y poros a hechos a partir de proteínas bacterianas. Estos pueden contener moléculas durante decenas de milisegundos, aunque son menos estables que el nitruro de silicio y el grafeno.
"Han llevado la tecnología del nanoporo al siguiente nivel", afirma refiriéndose a los logros recientes conseguidos con el grafeno. "Hacer nanoporos de estado sólido fue una gran idea, e incluir el grafeno es un gran primer paso". No obstante agrega que "para ser capaces de secuenciar, es necesario poder controlar el flujo de ADN que pasa a través de él y hacerlo más lento".