Una concepción artística de ADN golpeado por iones pesados procedentes del espacio. Crédito: OBPR

En una olla de agua hirviendo, los espaguetis forman una enredada maraña. Pero digamos que se quiere mirar una porción más de cerca. Es fácil. Basta con enrollar una hebra alrededor del mango de una cuchara de madera y se logrará muy bien. Se podrá examinar fácilmente.

La bioingeniera patrocinada por NASA, Susan Muller, de la Universidad de Berkeley en California, quiere hacer lo mismo con el ADN.

Cuando los investigadores toman una muestra de ADN para analizar a menudo forma una maraña enredada de hebras enroscadas -- exactamente como la olla de espaguetis. La analizan cortando las hebras en porciones, clonando los fragmentos, secuenciándolos y ordenándolos por tamaños y, finalmente, ensamblándolos de nuevo. En pocas palabras, es un proceso complicado y largo.|

Muller y su colega Eric Shaqfeh están trabajando en un procedimiento más sencillo -- una forma de estirar una hebra simple de ADN para ser examinada mediante un microscopio normal de laboratorio.

¿Por qué le importa esto a la NASA? Debido a que los astronautas tienen ADN.

'Los astronautas en el espacio están expuestos a la radiación, y esto puede dañar su ADN', explica Frank Cucinotta del Programa de Salud Espacial y Radiación de la NASA. Especialmente preocupantes son los rayos cósmicos pesados -- los núcleos energéticos de átomos de hierro, por ejemplo -- que pueden colisionar contra el ADN como pequeños proyectiles atómicos, ocasionado complicadas fracturas denominadas 'daño disperso del ADN'.

'Sabemos que las células en la Tierra no han evolucionado para ser competentes en la reparación de tal daño', dice. Se necesitan nuevas herramientas de análisis del ADN 'para estudiar el problema y encontrar soluciones'.

Para desenredar ADN para el estudio, Muller utiliza un flujo de fluido cuidadosamente concebido en un dispositivo de sólo unos pocos milímetros de longitud. Un dispositivo de flujo, con sus diminutos pozos y canales interconectados, se puede diseñar como un dispositivo sencillo o a la manera de un laberinto. Uno de ellos que tiene forma de cruz, por ejemplo, con el fluido entrando a través de dos de los brazos y saliendo por los dos opuestos, es muy efectivo para estirar ADN. El dispositivo de Muller es un poco más complicado que esto; no solamente estira el ADN sino que también le permite etiquetar el ADN con marcadores fluorescentes y fotografiar las hebras brillantes.

A) un dispositivo de micro flujo diseñado por A. Deshmukh y colaboradores. El elemento central flota libremente y puede ser movido por el fluido. (B) las trazas brillantes marcan las rutas del fluido a través del dispositivo. "El fluido estaba sembrado con microesferas fluorescentes", explica Muller. Las fotografías de larga exposición de las esferas se tomaron para revelar los detalles del flujo"

El ADN con el que está trabajando Muller procede de un virus que infecta bacterias. 'Es un ADN muy conocido por los bioingenieros', dice. 'Tiene unas 48.000 pares de bases ( o 48.000 escalones en la escalera del ADN). Bajo condiciones quiescentes, como estar flotando en una disolución, tiene un tamaño de cerca de 7 micras. Pero si se estira completamente, podría alcanzar unas 22 micras de longitud' -- unas 10 veces más larga que una bacteria típica.

Para estirar y manipular las frágiles hebras, una matriz de postes cuidadosamente espaciados interrumpe el flujo. 'Si se tiene un bosque de postes en el flujo -- un pequeño conjunto de obstáculos -- entonces el ADN circula alrededor de ellos, se queda atrapado y se estira como si tratara de desenrollarse de los postes', explica.

En cuanto una hebra se desenrolla, Muller utiliza marcadores fluorescentes que localizan y se pegan a las áreas interesantes del ADN. El estiramiento hace más fácil a los investigadores localizar el lugar en el que están los marcadores. También facilita a los marcadores encontrar sus blancos: cuando el ADN se estira, los marcadores no necesitan penetrar en las marañas de ADN enroscado.

Imágenes de moléculas individuales de ADN fluyendo a través del dispositivo de microflujo en las posiciones denotadas por la letras A hasta G. "El ADN resulta estirado y rotado por el flujo. El estiramiento del ADN es mayor en las regiones de alta aceleración del flujo", dice Muller.

Proteger a los astronautas de la radiación del espacio profundo es un problema aún sin resolver, y que debe de ser encarado con éxito antes de que el espacio profundo pueda ser explorado con seguridad. La mayoría de las aproximaciones al problema confían en escudos, así como en limitar la exposición del astronauta.

El trabajo de Muller sugiere la posibilidad de seleccionar astronautas que sean ellos mismos más resistentes. Así como algunos tipos de genes son más propensos a las mutaciones que acarrean problemas como el cáncer de pecho, otros pueden ser más fácilmente dañados por la intensa radiación del espacio profundo. 'Se podría utilizar este dispositivo para buscar individuos que no tengan un elevado riesgo para estos tipos particulares de mutaciones', especula. 'Se podrían buscar genes concretos, o secuencias concretas dentro de un gen, que se correlacionen con “resistencia a la radiación””.

Debido a que su método es tan eficiente, se puede prestar a un desarrollo tecnológico futuro: analizadores portátiles de ADN. Astronautas en largos viajes espaciales podrían llevar uno y analizar así el daño que la radiación podría causar en sus propios genes. Al primer síntoma de algún problema podrían tomar precauciones: evitar paseos espaciales o emplear el resto de la jornada en parte de la nave fuertemente escudadas.

Los 'biocentinelas' del ADN, como Muller les llama, podrían beneficiar a más gente que los astronautas. Los dispositivos se podrían utilizar para examinar los genes de cualquier persona para, dice, detectar la tendencia a desarrollar ciertas enfermedades o a reaccionar de alguna forma determinada a una medicación. Los investigadores médicos, criminólogos, fabricantes farmacéuticos: a todos ellos les gustaría tener uno.

Aunque eso es el futuro. Mientras tanto, dice Muller, 'hay mucha ciencia básica fundamental que va a salir de la comprensión de cómo utilizar el flujo para manipular moléculas grandes. Aún hay muchos retos para hacer este trabajo y muchas preguntas interesantes que pienso que vamos a responder a lo largo del camino'.