Nanoporos

Método que utiliza Nanoporos pode Revolucionar o Sequenciamento Genético

por Sherry Seethales

Um time liderado por físicos da Universidade da Califórnia, em San diego, mostrou a possibilidade de uma técnica rápida e barata para sequenciar o DNA, passando-o por minúsculos poros. O avanço traz a medicina baseada em genomas para uma realidade mais próxima.

O documento, publicado na edição de abril do jornal Nano Letters, descreve um método para sequenciar um genoma humano em questão horas, a um custo potencialmente baixo, medindo os distúrbios elétricos gerados por uma amostra única de DNA, conforme ela passa através de poros mil vezes menos que o diâmetro de um fio de cabelo humano. Como sequenciar o genoma de uma pessoa levaria meses e custaria milhões de dólares, com a tecnologia de sequenciamento de DNA atual, os pesquisadores dizem que o novo método tem o potencial de alavancar uma revolução na medicina.

"Os métodos atuais de sequenciamento de DNA são muito vagarosos e caros para que sequenciar o genoma de uma pessoa, no intuito de criar medicamentos específicos para cada indivíduo, possa ser algo realista", disse Massimiliano Di Ventra, um professor associado aos físicos da UCSD, e que dirigiu o projeto. "A implementação prática da de nossa abordagem poderia tornar real o sonho de personalizar a medicina de acordo com a composição genética única de cada pessoa".

Os físicos utilizaram cálculos matemáticos e o modelamento dos movimentos e flutuações elétricas de moléculas de DNA para determinar como distingüir cada uma das quatro bases diferentes (A, G. C, T), que constituem um filamento de DNA. Eles basearam seus cálculos em um poro de aproximadamente um nanômetro de diâmetro, feito de nitrato de silício - um material que é fácil de trabalhar e que é comumente usado em nano-estruturas - envolto por dois pares de minúsculos eletrodos de ouro. Os eletrodos registrariam a corrente elétrica perpendicular ao filamento de DNA, conforme o DNA passa através do poro. Como cada base de DNA é estruturalmente e quimicamente diferente, cada base cria sua própria assinatura eletrônica distinta.

Tentativas anteriores de sequenciar DNA usando nano-poros não obtiveram sucesso, porque os giros e os movimentos do filamento de DNA introduziam muitos ruídos no sinal que era registrado. A nova idéia utiliza a vantagem do campo elétrico que propulsiona a corrente perpendicular ao filamento para reduzir flutuações estruturais do DNA enquanto ele é movido através do poro, dessa forma minimizando o ruído.

"Se a natureza fosse muito desatenciosa, então o DNA flutuaria tanto, enquanto atravessa o nano-poro, que medir a corrente não nos daria qualquer informação quanto a que base está presente em uma dada localização", explicou Michael Zwolak, um dos alunos graduados em física do Instituto de Tecnologia da Califórnia, que contribuiu com o estudo. "Contudo, identificamos uma forma particular de operar o sistema nano-poros/eletrodo que suprime algumas dessas flutuações, então eles não conseguem destruir tanto a distinção das bases".
Os pesquisadores avisam que ainda exitem obstáculos a serem resolvidos, porque ninguém conseguiu construir, até agora, um nano-poro com a configuração necessária de eletrodos, mas eles acreditam que é apenas uma questão de tempo antes que alguém construa o dispositivo com sucesso. O nano-poro e os eletrodos foram feitos separadamente, e embora seja tecnicamente desafiador juntá-los, o campo está avançando tão depressa que eles acreditam que isso será possível num futuro próximo.

Em adição à velocidade e o baixo custo do método de nano-poros, os pesquisadores calculam que ele acabará por se mostrar significativamente menos suscetível a erros do que os métodos atuais.

"O método de sequenciamento de DNA que propomos tem o potencial de possuir menos erros que o método atual, que é baseado no método Sanger", disse Johan Lagerqvist, um dos alunos da UCSD e o principal autor do documento. "Poderia ser possível sequenciar filamentos de DNA que têm dezenas de milhares de pares de bases, de comprimento, possivelmente tão grandes quanto um gene inteiro, numa passagem apenas, através do nano-poro. Com o método Sanger é necessário cortar o DNA em peças menores, copiar o DNA e usar várias máquinas de sequenciamento, o que introduz fontes adicionais de erros".

O estudo foi financiado pela Fundação Nacional de Ciência e pelo Instituto de Pesquisa do Genoma Humano, no Instituto Nacional de Saúde. Os fundos da NIH vêm de um programa lançado em 2004 para encorajar pesquisadores a perseguirem uma vasta gama de idéia para sequenciar um genoma que tenha o tamanho de um gene de um mamífero por U$1,000. Os pesquisadores dizem que, como físicos, eles possuem uma abordagem única para o problema.
"Não pensamos nisso como DNA, vemos isso como um monte de átomos e elétrons que se comportam de maneiras que possamos prever e manipular", disse Di Ventra.