Gli scienziati dell'EPFL hanno sviluppato un metodo che migliora l'accuratezza del sequenziamento del DNA fino a mille volte. Il metodo, che utilizza i nanopori per leggere i singoli nucleotidi, apre la strada a un sequenziamento del DNA migliore e più economico.

Il sequenziamento del DNA è una tecnica in grado di determinare la sequenza esatta di una molecola di DNA. Uno degli strumenti biologici e medici più critici oggi disponibili, si trova al centro dell'analisi del genoma. Leggendo l'esatta composizione dei geni, gli scienziati possono rilevare le mutazioni, o addirittura identificare diversi organismi. Un potente metodo di sequenziamento del DNA utilizza minuscoli, pori di dimensioni nanometriche che leggono il DNA mentre lo attraversa. Però, Il "sequenziamento dei nanopori" è soggetto a un'elevata imprecisione perché il DNA di solito passa molto velocemente. Gli scienziati dell'EPFL hanno ora scoperto un liquido viscoso che rallenta il processo fino a mille volte, migliorando notevolmente la risoluzione e l'accuratezza del metodo. La svolta è pubblicata in Nanotecnologia della natura .

Leggere troppo velocemente

Il DNA è una lunga molecola composta da quattro diversi elementi costitutivi che si ripetono. Questi sono chiamati "nucleotidi" e sono messi insieme in varie combinazioni che contengono le informazioni genetiche della cellula, come i geni. Essenzialmente, i quattro nucleotidi compongono tutto il linguaggio genetico. Il sequenziamento del DNA cerca di decifrare questo linguaggio, scomponendolo in singole lettere.

Nel sequenziamento dei nanopori, Il DNA passa attraverso un minuscolo poro in una membrana, proprio come un filo passa attraverso un ago. Il poro contiene anche una corrente elettrica. Quando ciascuno dei quattro nucleotidi passa attraverso il poro, bloccano la corrente in modi individuali che possono essere utilizzati per identificarli. Sebbene potente, il metodo soffre di alta velocità:il DNA attraversa il poro troppo velocemente per essere letto con sufficiente precisione.

Rallentare le cose

Il laboratorio di Aleksandra Radenovic presso l'Istituto di Bioingegneria dell'EPFL ha ora superato il problema della velocità utilizzando uno spesso, liquido viscoso che rallenta il passaggio del DNA di due o tre ordini di grandezza. Di conseguenza, l'accuratezza del sequenziamento migliora fino ai singoli nucleotidi.

La ricerca è stata condotta da Jiandong Feng e Ke Liu, lavorando con i colleghi del laboratorio di Andras Kis all'EPFL. I due ricercatori hanno sviluppato un film in bisolfuro di molibdeno (MoS2), solo 0,7 nm di spessore. Si tratta già di un'innovazione rispetto ai tentativi in ​​campo che utilizzano il grafene:il DNA è una molecola abbastanza appiccicosa e il MoS2 è notevolmente meno adesivo del grafene. Il team ha quindi creato un nanoporo sulla membrana, quasi 3 nm di larghezza.

Il passo successivo è stato quello di dissolvere il DNA in un liquido denso che conteneva ioni carichi e la cui struttura molecolare può essere messa a punto per modificarne lo spessore, o "gradiente di viscosità". Il liquido appartiene alla classe dei "liquidi ionici a temperatura ambiente", che sono fondamentalmente sali disciolti in una soluzione. Gli scienziati dell'EPFL hanno sfruttato la sintonizzabilità del liquido per portarlo a un gradiente di viscosità ideale, sufficiente a rallentare il DNA.

Finalmente, il team ha testato il loro sistema passando nucleotidi noti, sciolto nel liquido, attraverso il nanoporo più volte. Ciò ha permesso loro di ottenere una lettura media per ciascuno dei quattro nucleotidi, che possono essere utilizzati per identificarli in seguito.

Pur essendo ancora in fase di sperimentazione, il team mira a continuare il proprio lavoro testando interi filamenti di DNA. "Stiamo cercando opportunità per commercializzare questa tecnica, che è promettente per il sequenziamento con nanopori allo stato solido, "dice Jiandong Feng.

Gli scienziati prevedono inoltre che l'utilizzo di elettronica di fascia alta e il controllo del gradiente di viscosità del liquido potrebbero ottimizzare ulteriormente il sistema. Combinando liquidi ionici con nanopori su film sottili di bisolfuro di molibdeno, sperano di creare una piattaforma di sequenziamento del DNA più economica con un risultato migliore.

Il lavoro offre un modo innovativo che può migliorare uno dei migliori metodi di sequenziamento del DNA disponibili. "Negli anni a venire, la tecnologia di sequenziamento passerà sicuramente dalla ricerca alla clinica, " dice Aleksandra Radenovic. "Per questo, abbiamo bisogno di un sequenziamento del DNA rapido e conveniente, e la tecnologia dei nanopori può fornire".