Aquest nou sistema, que permet una instrumentalització més senzilla i assequible i una anàlisi més ràpida, podrà utilitzar-se per seqüenciar ADN mitjançant detecció electroquímica

Una molècula d’ADN està formada per un acoblament de quatre blocs bàsics, els nucleòtids. La informació genètica transportada dins de la molècula està determinada per l’ordre dels nucleòtids. El coneixement de l’ordre d’aquests blocs d’acoblament, que es coneix com seqüència d’ADN, és necessari per al diagnòstic de malalties i l’anàlisi forense d’ADN, per exemple. Tot i el gran progrés dels últims anys, els mètodes de seqüenciació d’ADN actuals, típicament basats en el marcatge fluorescent, segueixen sent tècniques que requereixen molt de temps i són relativament cares, i a més tenen algunes limitacions. Per aquest motiu la comunitat científica està buscant de forma insistent nous enfocaments que ajudin a simplificar i accelerar la seqüenciació.

Un enfocament prometedor és l’ús de detecció electroquímica i els anomenats marcadors redox, que són compostos que poden oxidar o reduir-se en elèctrodes. Un equip d’investigació internacional en què ha participat la URV ha aconseguit dissenyar i sintetitzar nucleòtids artificials amb etiquetes especials redox adherides que poden oxidar-se en un elèctrode d’or o carboni a un potencial específic per produir un senyal mesurable i analíticament útil. Aquests marcadors són carborans, estructures de gàbia compostes per àtoms de bor i carboni, en què es poden incorporar altres àtoms metàl·lics, com el ferro o el cobalt, afectant les seves propietats electroquímiques resultants.

Els nucleòtids modificats s’han dissenyat perquè l’enzim ADN polimerasa, que utilitza els components bàsics dels nucleòtids disponibles per construir l’ADN dins d’una cèl·lula, pugui incorporar-los en una cadena d’ADN recentment sintetitzada. Per tant, l’equip investigador ha aconseguit preparar un bri d’ADN que comprèn nucleòtids modificats. Al mateix temps, cadascun dels quatre tipus de nucleòtids porta la seva pròpia etiqueta única que permet la seva posterior identificació. I aquest és el principal avenç, ja que fins ara sempre havien aconseguit etiquetar i mesurar un o com a màxim dos tipus de nucleòtids marcats amb redox en una sola bri d’ADN.

Com que cadascun dels nucleòtids modificats porta el seu propi marcador, que durant la detecció electroquímica emet un senyal d’oxidació específic a potencials variables, es poden distingir els tipus individuals de nucleòtids. A més, la mida de cada senyal depèn de el nombre de còpies de l’nucleòtid donat en l’ADN, el que permet determinar ràpidament la representació relativa dels nucleòtids individuals en l’ADN mesurat.

La codificació electroquímica de bases d’ADN desenvolupada recentment ofereix una sèrie d’avantatges, com una instrumentació més senzilla i assequible i una anàlisi més ràpida. El mètode és prometedor per a la seqüenciació d’ADN i aplicacions de diagnòstic, així com per al desenvolupament de nous xips d’ADN.

L’equip investigador que ho ha fet possible està encapçalat per Michal Hocek, de l’Institut de Química Orgànica i Bioquímica de l’Acadèmia Txeca de Ciències (IOCB Praga) i la Universitat Charles i Ciara K. O’Sullivan, de la Universitat Rovira i Virgili, l’Acadèmia de Ciències de Polònia i l’Institut de Biofísica de l’Acadèmia de Ciències Txeclos amb els estudiants David Kodr i Cansu Pinar Yenice com a primers autors. Els resultats de la recerca s’han publicat a la revista científica Journal of the American Chemical Society.

Referència bibliogràfica: Carborane- or Metallacarborane-Linked Nucleotides for Redox Labeling. Orthogonal Multipotential Coding of all Four DNA Bases for Electrochemical Analysis and Sequencing. David Kodr, Cansu Pinar Yenice, Anna Simonova, Dijana Pavlović Saftić, Radek Pohl, Veronika Sýkorová, Mayreli Ortiz, Ludĕk Havran, Miroslav Fojta, Zbigniew J. Lesnikowski, Ciara K. O’Sullivan, and Michal Hocek. Journal of the American Chemical Society. DOI: 10.1021/jacs.1c02222