Nanotecnologia automatiza e dá precisão ao sequenciamento genético
A molécula de DNA desliza fácil pela folha de molibdenita, gerando um sinal para cada letra do alfabeto genético.
[Imagem: Narayana Aluru, University of Illinois]
Genética com molibdenita
Se você ainda não prestou atenção suficiente à molibdenita, então é melhor se ligar nesse emergente material bidimensional.
Além de todos os progressos na eletrônica, nos LEDs e nas células solares, agora pesquisadores descobriram que nanoporos feitos em folhas de dissulfeto de molibdênio (MoS2) podem sequenciar o DNA de forma mais rápida e mais precisa do que qualquer outro material conhecido.
"Nós já usamos a molibdenita para resolver outros problemas, então pensamos, por que não experimentá-la e ver como ela se sai no sequenciamento de DNA?", conta Narayana Aluru, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, nos Estados Unidos.
A surpresa é que o nanoporo de MoS2 superou todos os materiais já utilizados para isso, incluindo o grafeno.
Um nanoporo é um buraco muito pequeno perfurado através de uma folha muito fina de um material. Para o sequenciamento genético, o nanoporo deve ter a espessura exata para deixar passar apenas uma única molécula de DNA de cada vez.
Nanoporo seleciona proteínas
A molécula de DNA é empurrada através do nanoporo por uma corrente elétrica. Essa passagem gera flutuações na corrente, uma vez que as quatro letras do alfabeto do DNA - A, C, G e T - são ligeiramente diferentes em forma e tamanho. Então, é só medir a corrente para sequenciar o DNA.
A maioria dos materiais usados até agora na construção de nanoporos é grossa demais, o que fez com que o grafeno desse grandes esperanças para os pesquisadores. Infelizmente, a molécula de DNA gruda no nanoporo de grafeno, o que gera ruídos muito fortes.
A molibdenita também é um material formado por uma única camada atômica, mas o DNA escorrega através dela sem problemas.
Além disso, as primeiras simulações geraram quatro sinais distintos correspondendo às bases de uma molécula de DNA de cadeia dupla, enquanto outros sistemas têm produzido, na melhor das hipóteses, dois sinais - A/T e C/G - que, então, exigem extensa análise computacional para tentar distinguir um A de um T e um C de um G.
Biochip com nanoporo para automatizar sequenciamento do DNA.
[Imagem: Shuo Liu et al. - 10.1021/nl502400x]
Nanoporo em um chip
A descoberta da precisão da molibdenita para o sequenciamento do DNA veio bem na hora em que Shuo Liu e seus colegas da Universidade da Califórnia, em um trabalho separado, conseguiram montar um nanoporo dentro de um chip.
Além de melhorar a automação, o chip permite fazer simultaneamente leituras ópticas e elétricas do nanoporo, capturando mais informações - e informações mais precisas - do que cada uma das técnicas usadas separadamente.
"O nanoporo injeta uma única molécula dentro do canal fluídico, onde ela então fica disponível para medições ópticas. Esta é uma ferramenta de pesquisa útil para fazer estudos de uma única molécula," disse Holger Schmidt, cuja equipe já construiu biochips para capturar vírus individuais e colocou um equipamento inteiro de espectroscopia atômica dentro de outro chip.
Agora a equipe poderá substituir seu grosso nanoporo de estado sólido pela membrana bidimensional de molibdenita, obtendo resultados ainda melhores.
Artigo: DNA Base Detection Using a Single-Layer MoS2
Autores: Amir Barati Farimani, Kyoungmin Min, Narayana R. Aluru
DOI: 10.1021/nn5029295
Artigo: Correlated Electrical and Optical Analysis of Single Nanoparticles and Biomolecules on a Nanopore-Gated Optofluidic Chip