El dispositiu portàtil permetrà fer ràpidament proves de paternitat, identificar infeccions bacterianes o detectar la presència de transgènics, entre d'altres aplicacions.  Els sensors tenen la grandària i el gruix d'una ungla, i redueixen el temps d'identificació de les cadenes de DNA a solament uns minuts o unes poques hores, en funció de cada cas.

Un equip d'investigadors de la Universitat Autònoma de Barcelona ha desenvolupat uns nous sensors miniaturitzats per a l'anàlisi de DNA.Les seves aplicacions van des de la identificació personal i les proves de paternitat, fins a la detecció d'organismes modificats genèticament en els aliments, la identificació de soques bacterianes en infeccions alimentàries, o les proves de toxicitat genètica de nous fàrmacs. Un cop industrialitzada la seva producció, el cost i difusió d'aquests sensors podria comparar-se als de les proves d'embaràs que hi ha a les farmàcies.

Els investigadors Salvador Alegret, Manuel del Valle i Maria Isabel Pividori, del Grup de Sensors i Biosensors del Departament de Química de la UAB, han desenvolupat els nous sensors a partir de la seva experiència en la recerca amb sensors electroquímics: dispositius que reconeixen una substància per la seva interacció química amb el sensor, i que tradueixen aquesta interacció en un senyal elèctric mesurable que permet la detecció.

Per a la detecció del DNA, els nous genosensors electroquímics miniaturitzats tenen una sonda amb fragments de DNA complementaris als que es vol detectar. Per exemple, per detectar la presència de Salmonella en una mostra de maionesa, la sonda té fragments del DNA complementari al d'un grup de gens que identifiquen el bacteri. Quan s'introdueix la sonda en la maionesa, alguns fragments de DNA de les cèl·lules del bacteri s'uneixen als complementaris de la sonda i això provoca un corrent elèctric mesurable. El sensor tradueix aquest corrent en un senyal visible per a l'usuari que l'alerta de la presència del bacteri. A més, com que els sensors son molt petits i manejables, es pot construir una bateria de sensors per a fer mesures simultànies i identificar, per exemple, la soca concreta del bacteri que ha provocat una infecció alimentària.

Aquest tipus d'anàlisi ja es duu a terme en laboratoris, però fins ara eren necessaris esforços experimentals poc adequats per a fer anàlisis in situ, i amb temps de resposta llargs. Amb els nous sensors desenvolupats pels científics de la UAB, el temps d'identificació d'un focus d'infecció per Legionella es reduiria dels dos dies necessaris actualment, ja que s'empren tècniques de cultiu biològic, a només 30 minuts. En proves pilot desenvolupades conjuntament amb el Departament de Genètica i de Microbiologia de la UAB, els nous sensors han permès la identificació de Salmonella en quatre hores i mitja, en contrast amb els entre 3 i 5 dies que requereixen els mètodes microbiològics convencionals. En aquests casos d'identificació bacteriana, ampliables també a la detecció d'altres agents infecciosos com el Campylobacter o la Listeria, el sensor pot ser adaptat fàcilment per a l'aplicació en medicina, en detecció ambiental i en l'àmbit industrial.

Altres aplicacions destacades dels sensors de DNA són la detecció d'organismes modificats genèticament (transgènics) en els aliments, ja sigui en matèries primeres o en aliments preparats; la identificació d'individus, tant per establir relacions de parentiu com per a cercar proves judicials de delictes; així com les proves de toxicitat de diferents fàrmacs en quant a l'avaluació del dany que poden provocar en la molècula de DNA, tant de microorganismes patògens com de les cèl·lules del pacient.

"El proper pas és la industrialització dels sensors", afirma Salvador Alegret, director de la recerca. "La producció industrial en grans quantitats permetria un cost i una difusió similars als de les proves d'embaràs que hi ha a les farmàcies".

Genosensors electroquímics vs xips de DNA

Detectar cadenes de DNA ha esdevingut un àrea d'importància creixent en bioquímica, en medicina i en biotecnologia. Però les metodologies clàssiques d'anàlisi de DNA queden cada cop més desfasades enfront d'una demanda creixent de més informació gènica en menys temps i a un cost menor. Un pas endavant en aquesta direcció va ser la creació dels xips de DNA, unes plataformes en les que es porten a terme centenars o milers d'anàlisis de gens en paral·lel i que han esdevingut insubstituïbles en projectes ambiciosos, com desxifrar el codi genètic d'un organisme. La UAB va ser pionera a Catalunya en la seva fabricació. Els xips de DNA, però, tenen limitacions per a problemes analítics més específics, com el d'establir de manera ràpida i econòmica l'origen d'una contaminació microbiana. Els nous genosensors electroquímics miniaturitzats obeeixen a la demanda d'anàlisis de DNA amb dispositius que no necessitin la supervisió professional, amb una operació simple i a un cost reduït.

Més informació:
Article relacionat a UABDivulg: http://www.uab.es/uabdivulga/afons/2005/genosensors0205.htm

New miniaturised chip dramatically reduces time taken for DNA analysis

The portable device will speed up performing paternity tests, identifying bacterial infections and detecting genetically modified organisms (GMOs). The sensors have the same size and thickness as a fingernail and reduce the time needed to identify DNA chains to several minutes or a few hours, depending on each chain.

A team of researchers at the Universitat Autònoma de Barcelona has developed new miniature sensors for analysing DNA.These sensors can be applied to many different tasks, ranging from paternity tests and identifying people to detecting genetically modified food, identifying bacterial strains in foodborne illnesses and testing genetic toxicity in new drugs. Once mass production of the sensors begins, their cost and availability will be similar to that of pregnancy test kits found in pharmacies.

The researchers Salvador Alegret, Manuel del Valle and Maria Isabel Pividori, all of whom are members of the Sensors and Biosensors Group at the UAB's Department of Chemistry, developed the new sensors based on their experience in research with electrochemical sensors. These can identify a substance by chemically interacting with it and converting this interaction into an electrical current that they measure.

To detect DNA, the new miniaturised electrochemical genosensors have a probe containing DNA fragments that complement the DNA they aim to detect. For example, to detect Salmonella in a sample of mayonnaise, the probe has fragments of the type of DNA that complements that found in a group of genes that identify the bacteria. When the probe is submerged into the mayonnaise, some of the DNA fragments from the bacterial cells join the complementing fragments from the probe, creating a measurable electrical current. The sensor converts this current into a signal that can be seen by the person controlling the tests, making him aware there are bacteria. Also, because the sensors are very small and easy to manipulate, it is possible to assemble a set of sensors that can collect data simultaneously and deduce information about the bacteria such as which strain caused the foodborne illness.

This type of analysis already takes place in laboratories, but until now the experimental measures needed were not suitable for in situ analysis. By using the new sensors developed by UAB scientists, the time taken to identify the source of infection for Legionella would decrease from two days, as is currently the case using organic production techniques, to just thirty minutes. In trials developed with the support of the UAB's Department of Genetics and Microbiology, the new sensors have enabled Salmonella to be identified in four and a half hours, compared to three to five days using the traditional microbiological methods. This method for identifying bacteria could also be used to detect other infectious agents such as Campylobacter and Listeria, and the sensor could easily be adapted for use in medicine, environmental monitoring and the industrial sector.

Other important applications for DNA sensors include: detecting genetically modified organisms in food, either in basic ingredients or in prepared food; identifying people, either to establish blood relations or to find criminal evidence; and testing the toxicity of different drugs to establish what damage they may cause to the DNA molecule of disease-causing microorganisms and of cells in patients.

"The next step is to mass-produce the sensors", states Salvador Alegret, the director of research. "Mass production will allow costs to be reduced and the product to become as widely available as pregnancy test kits we can buy at the local pharmacy".

Electrochemical genosensors vs DNA chips

Identifying DNA chains has become increasingly important in biochemistry, medicine and biotechnology. But traditional DNA-analysis techniques are becoming outdated as demand increases for more genetic information to be found in less time and at a lower cost. An important step forward in this direction was the creation of DNA chips, in which the UAB played a leading role in Catalonia. Hundreds, or even thousands, of genetic tests can be performed simultaneously with these chips, which are now a vital part of any large-scale project, such as unlocking the genetic code of an organism. DNA chips are limited to a certain extent because of some very specific analytical problems, such as establishing the source of microbial contamination quickly and efficiently. The new miniaturised electrochemical genosensors meet the current need for DNA to be analysed at a low cost with easy-to-use devices that do not need to be supervised by highly trained scientists.

More information:
Related article at UABDivulg@: http://www.uab.es/uabdivulga/afons/2005/genosensors0205.htm