Este sistema, que permite una instrumentalización más sencilla y asequible y un análisis más rápido, podrá utilizarse para secuenciar ADN mediante detección electroquímica

Una molécula de ADN está compuesta por un acoplamiento de cuatro bloques básicos, los nucleótidos. La información genética transportada dentro de la molécula está determinada por el orden de los nucleótidos. El conocimiento del orden de estos bloques de acoplamiento, que se conoce como secuencia de ADN, es necesario para el diagnóstico de enfermedades y el análisis forense de ADN, por ejemplo. A pesar del gran progreso de los últimos años, los métodos de secuenciación de ADN actuales, típicamente basados ​​en el marcaje fluorescente, siguen siendo técnicas que requieren mucho tiempo y son relativamente caras, y además tienen algunas limitaciones. De ahí que la comunidad científica está buscando de forma insistente nuevos enfoques que ayuden a simplificar y acelerar la secuenciación.

Un enfoque prometedor es el uso de detección electroquímica y los llamados marcadores redox, que son compuestos que pueden oxidarse o reducirse en electrodos. Un equipo de investigación internacional en el que ha participado la URV ha conseguido diseñar y sintetizar nucleótidos artificiales con etiquetas especiales redox adheridas que pueden oxidarse en un electrodo de oro o carbono a un potencial específico para producir una señal medible y analíticamente útil. Estos marcadores son carboranos, estructuras de jaula compuestas por átomos de boro y carbono, en el que se pueden incorporar otros átomos metálicos, como el hierro o el cobalto, afectando a sus propiedades electroquímicas resultantes.

Los nucleótidos modificados se han diseñado para que la enzima ADN polimerasa, que utiliza los componentes básicos de los nucleótidos disponibles para construir el ADN dentro de una célula, pueda incorporarlos en una cadena de ADN recién sintetizada. Por lo tanto, el equipo investigador ha conseguido preparar una hebra de ADN que comprende nucleótidos modificados. Al mismo tiempo, cada uno de los cuatro tipos de nucleótidos lleva su propia etiqueta única que permite su posterior identificación. Y ese es el principal avance, ya que hasta ahora siempre habían conseguido etiquetar y medir uno o como máximo dos tipos de nucleótidos marcados con redox en una sola hebra de ADN.

Como cada uno de los nucleótidos modificados lleva su propio marcador, que durante la detección electroquímica emite una señal de oxidación específico a potenciales variables, se pueden distinguir los tipos individuales de nucleótidos. Además, el tamaño de cada señal depende del número de copias del nucleótido dado en el ADN, lo que permite determinar rápidamente la representación relativa de los nucleótidos individuales en el ADN medido.

Esta codificación electroquímica de bases de ADN ofrece una serie de ventajas, como una instrumentación más sencilla y asequible y un análisis más rápidao. El método es prometedor para la secuenciación de ADN y aplicaciones de diagnóstico, así como para el desarrollo de nuevos chips de ADN.

El equipo investigador que lo ha hecho posible está encabezado por Michal Hocek, del Instituto de Química Orgánica y Bioquímica de la Academia Checa de Ciencias (IOCB Praga) y la Universidad Charles y Ciara K. O’Sullivan, de la Universitat Rovira i Virgili, la Academia de Ciencias de Polonia y el Instituto de Biofísica de la Academia de Ciencias Checo, con los estudiantes David Kodro y Cansu Pinar Yenice como primeros autores. Los resultados de la investigación se han publicado en la revista científica Journal of the American Chemical Society.

Referencia bibliográfica: 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