Secuenciación Ion Torrent

La secuenciación por Ion Torrent es un método de secuenciación de ADN basado en la detección de protones liberados durante el proceso de polimerización del ADN. Por lo tanto, este método se guía a través de la adición de nucleótidos que se llevan a cabo en las cadenas simples de ADN en estudio.[1]

Este tipo de secuenciación difiere de los demás tipos en que no usan nucleótidos modificados químicamente y que la detección no se realiza por métodos ópticos, sino por detección de pH.

Historia

Fue desarrollada por Ion Torrent Systems Inc. y salió al mercado en febrero de 2010. Ion Torrent patrocinó la máquina como un secuenciador rápido, compacto y económico que se puede utilizar en un gran número de laboratorios como un aparato de mesa.

Tecnología aplicada

La incorporación de desoxirribonucleótidos trifosforilados (dNTP) en el ADN en replicación implica la generación de un enlace covalente y la liberación de un pirofosfato y un protón. El dNTP se incorpora exclusivamente en casos de complementariedad con el nucleótido de la cadena molde. Este principio es en el que se basa esta técnica de secuenciación.

En primer lugar, se aísla el ADN y se corta en fragmentos más pequeños, los cuales se unen a pequeñas bolas denominadas bead. Cada una de ellas, unidas con millones de fragmentos de ADN, entran en los micropocillos de un microchip. A continuación, se baña el micro-chip con una solución de uno de los nucleótidos. Si el nucleótido se incorpora en la cadena de ADN, se libera un protón, el cual es detectado por la base del pocillo, la cual actúa como un mini-pHmetro (sensor iónico ISFET). Gracias a que cada lámina del microchip es semiconductora, se pueden detectar estos pequeños cambio iónicos.[2] Este proceso se repite cada 15 segundos con una nueva solución de cada nucleótido, por lo que el micropocillo debe lavarse adecuadamente antes de añadir la siguiente solución para evitar interferencia que falseen los resultados.

Las señales generadas en los pocillos se transmiten directamente a un ordenador, sin necesidad de ser procesadas durante la transferencia.

La exactitud que ha alcanzado el secuenciador en febrero de 2011 era de un 99.6% basada en lecturas de 50 bases, con 100Mb por cada ronda. La longitud de lectura en la misma fecha era de 100 pb. La exactitud para las repeticiones de homopolímeros de 5 repeticiones de longitud era de 98%. Se debe tener en cuenta que dichas cifras no se han verificado independientemente fuera de la empresa Ion Torrent.

Ventajas y limitaciones

La principal ventaja de este proceso es la velocidad de secuenciación, así como los bajos costes de operación. Esto ha sido posible gracias a que no se utilizan nucleótidos modificados y a que la señal no es óptica. Dado que el sistema registra las incorporaciones naturales de nucleótidos mediadas por polimerasa, la secuenciación ocurre a tiempo real. De hecho, la tasa de secuenciación está limitada por el cambio de sustratos nucleotídicos, es decir el tiempo requerido para el llenado y el posterior lavado de la solución en el microporo, además del tiempo que conlleva la polimerización. Ion Torrent afirma que cada medida tarda 4 segundos y cada ronda de secuenciación aproximadamente una hora, tiempo en el que se secuencia entre 100-200 nucleótidos. Asimismo, cuenta con una escalabilidad enorme, pues simplemente se basa en reacciones que ocurren en la naturaleza pero llevadas a cabo en microchips semiconductores. Además, el precio es considerablemente bajo, siendo de unos 50,000 USD hacerse con un equipo y de alrededor de 1,000 USD realizar una ronda de secuenciación. Según la ley de Moore las técnicas de secuenciamiento génico deben evolucionar exponencialmente hacia una mayor eficacia y un menor coste por cada base secuenciada, por lo que en poco tiempo el número de lecturas por chip debería incrementarse considerablemente.[3]

No obstante, existen algunas limitaciones. Entre ellas sin duda la más importante es la repetición de varias bases iguales en la hebra molde. En este caso se añadirán más dNTPs en el mismo momento, generando un cambio de pH más pronunciado y como consecuencia una señal eléctrica más grande, lo cual actualmente no se detecta con mucha precisión. Otra limitación sería la longitud de los fragmentos de ADN que se pretenden secuenciar, que no pueden pasar de las 400 pares de bases, bastante más pequeñas comparadas con otras técnicas como la secuenciación de Sanger o la pirosecuenciación. Además el rendimiento actualmente es más bajo respecto al resto de técnicas de secuenciamiento de próxima generación, aunque la compañía está poniendo esfuerzos en reducir este problema.[4]

Referencias
  1. Perkel, J., "Making contact with sequencing's fourth generation Archivado el 27 de diciembre de 2013 en Wayback Machine.". Biotechniques, 2011.
  2. Pennisi, E. (2010). "Semiconductors inspire new sequencing technologies". Science 327(5970): 1190.
  3. Karow, J. (2010) "Ion Torrent Systems Presents $50,000 Electronic Sequencer at AGBT"
  4. Rusk, N. (2011)."Torrents of sequence". Nat Meth 8(1): 44-44.

Enlaces externos
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