CRISPR-Chip: un detector móvil de ADN que usa transistores FET de grafeno y proteínas Cas9 muertas

Por Francisco R. Villatoro, el 9 abril, 2019. Categoría(s): Biología • Ciencia • Nanotecnología • Noticias • Química • Science

La técnica CRISPR-Cas9 de edición genética recorta, pega y colorea; para colorear se usan proteínas Cas9 muertas (dCas9) o desactivadas catalíticamente. Se publica en Nature Biomedical Engineering el CRISPR-Chip que usa proteínas dCas9 acopladas a transistores FET de grafeno para la detección de secuencias de ADN. Así se logra un dispositivo móvil para analizar muestras de ADN en tan solo 15 minutos con una sensibilidad de 1,7 fM (femtomoles); gracias a ello no se requiere amplificación del ADN vía PCR o similar. Esta aplicación de la tecnología CRISPR-Cas9 junto al grafeno promete revolucionar la detección de ADN y extenderla por doquier.

CRISPR-Chip permite buscar mutaciones en muestras de ADN. Por ahora es solo un prototipo, pero se ha usado con éxito para detectar casos de distrofia muscular de Duchenne (DMD). Esta enfermedad hereditaria está asociada a un gen recesivo en el cromosoma X (por lo que se manifiesta en hombres y mujeres, pero solo ellas son transmisoras). En concreto se han desarrollado dos chips para la detección de sendas mutaciones en los exones 3 (chip dRNP-DMD3) y 51 (chip dRNP-DMD51) del gen de la DMD; se ha logrado una detección exitosa con solo 900 ng (nanogramos) de tejido. Como es obvio, se requiere mucha investigación e innovación para llevar el prototipo a un dispositivo comercial. Pero, en mi opinión, su futuro es muy prometedor (a pesar de que las tecnologías basadas en grafeno aún siguen siendo muy caras).

El artículo es Reza Hajian, Sarah Balderston, …, Kiana Aran, “Detection of unamplified target genes via CRISPR–Cas9 immobilized on a graphene field-effect transistor,” Nature Biomedical Engineering (25 Mar 2019), doi: 10.1038/s41551-019-0371-x. Más información divulgativa en español en Javier Jiménez, “Cuando CRISPR conoció al grafeno: un nuevo dispositivo permite detectar mutaciones genéticas directamente y en menos de una hora”, Xataka, 25 Mar 2019.

Por supuesto, en la actualidad hay mucha investigación en nuevas tecnologías para la detección directa de secuencias específicas de ADN genómico. Hasta donde me consta, las que ofrecen una mejor relación precio/calidad son las basadas en soportes poliméricos, similares a los usados en los discos compactos de música y vídeo. Sin embargo, en este blog nos apasiona el grafeno y sus aplicaciones, así como la edición genética CRISPR-Cas9, con lo que su combinación es fascinante. Máxime cuando uno de los autores es español, Jacobo Paredes (Universidad de Navarra, San Sebastián, España).

Si has leído el líbro “Editando genes: recorta, pega y colorea” de Lluís Montoliu (LCMF, 13 Feb 2019) ya conocerás las técnicas SHERLOCK, HOLMES y DETECTR para la identificación de secuencias de ADN y ARN usando tecnología CRISPR-Cas9. Se basan en usar proteínas verdes fluorescentes (GFP) lo que parece muy útil en el contexto de un laboratorio húmero, pero que dificulta su uso en un dispositivo móvil. En el biosensor CRISPR-Chip se usa un transistor de efecto campo basado en grafeno (gFET) para generar una señal eléctrica, mucho más útil desde un punto de vista práctico. En concreto, se usa un gFET de puerta líquida funcionalizado con una dCas9 (Cas9 desactivada catalíticamente) en el canal entre la fuente y el drenador, llamada dRNP.

La dRNP está inmobilizada en el canal del gFET y permite detectar una secuencia de 20 nucleótidos codificada en a la secuencia de ARN guía (sgRNA). La gran ventaja de esta idea es que es programable, pues basta cambiar esta secuencia guía para detectar diferentes mutaciones. Así CRISPR-Chip se comporta como un biosensor de ácidos nucleicos ideal para muchas aplicaciones.

La fabricación del dispositivo CRISPR-Chip requiere combinar técnicas de laboratorio húmedo para el dRNP y técnicas de microelectrónica para el gFET. Por ahora estas técnicas permiten el desarrollo de prototipos, pero su fabricación en masa todavía está muy lejos. Aún así, también hay que tener claro que se requieren muchas innovaciones en esta tecnología para optimizar su uso práctico (por ejemplo, para bajar el tiempo de respuesta de quince minutos a pocos segundos). Una herramienta móvil de detección de mutaciones y SNPs (polimorfismos de un solo nucleótido) tendría un vasto número de aplicaciones biomédicas y medioambientales.



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