La extracción de ácidos nucleicos, tanto ADN como ARN, es un paso fundamental para diversas aplicaciones científicas y clínicas, incluyendo la investigación genética, diagnósticos moleculares, y el desarrollo de productos biotecnológicos. Tradicionalmente la extracción de ácidos nucleicos ha hecho uso de procedimientos manuales. Estos continúan empleándose a pesar de ser laboriosos, intensivos en personal y con mayor propensión a la contaminación de las muestras y al error del operador. Sin embargo, los avances en la automatización han transformado estos procesos, estableciéndose procedimientos de purificación más rápidos, eficientes y con menor intervención humana. En esta revisión, se analizan los avances en los sistemas automatizados de extracción de ácidos nucleicos, con un enfoque en sus beneficios, desafíos y aplicaciones.
Extracción de Ácidos Nucleicos
El aislamiento de los ácidos nucleicos es un proceso multietapa que incluye la lisis celular, la desnaturalización de los complejos nucleoproteicos, la inactivación de nucleasas presentes, precipitación, purificación y lavado de los ácidos nucleicos, con el fin de obtener purificaciones de alta calidad, libres de contaminantes y listas para su utilización en diversas aplicaciones científicas.
El aislamiento de los ácidos nucleicos comienza con la lisis celular, un paso fundamental que permite liberar el contenido celular, incluyendo los ácidos nucleicos de interés, como el ADN y el ARN. La eficiencia de la lisis depende del tipo de muestra y de los métodos empleados. Existen varias estrategias para lograr la ruptura celular, que incluyen la ruptura mecánica (utilizando un mortero o equipos para la homogenización), procesos de congelación-descongelación, la utilización de detergentes, la lisis alcalina, o el empleo de sales caotrópicas, como las sales de guanidinio, que interrumpen las interacciones hidrofóbicas y facilitan la liberación de los ácidos nucleicos. Otros métodos como el uso de CTAB (bromuro de cetiltrimetilamonio) son empleados principalmente para el aislamiento de ácidos nucleicos en muestras vegetales, ya que ayuda a eliminar contaminantes derivados de las paredes celulares.
Una vez realizada la lisis celular, se procede a la desnaturalización de los complejos nucleoproteicos, lo cual permite la separación del ADN o ARN de las proteínas y de otras moléculas asociadas. Es fundamental también inactivar las nucleasas presentes en las muestras, ya que estas enzimas pueden degradar los ácidos nucleicos y comprometer la calidad de estos. Esto se logra mediante el uso de agentes desnaturalizantes o ajustando las condiciones fisicoquímicas que inhiben la actividad enzimática.
Posteriormente, se lleva a cabo la precipitación de los ácidos nucleicos mediante la adición de alcoholes como etanol o isopropanol, lo que permite su separación de contaminantes solubles. Los ácidos nucleicos precipitados son luego recuperados por centrifugación o mediante la utilización de métodos de purificación basados en fase sólida, tales como las columnas de sílice o las perlas magnéticas, que permiten una mayor eficiencia y pureza en el proceso de aislamiento.
El siguiente paso crucial es el lavado de los ácidos nucleicos, que tiene como objetivo eliminar impurezas como como proteínas residuales, sales y otros contaminantes. Este proceso de lavado, que generalmente se realiza con soluciones de etanol al 70%, asegura que los ácidos nucleicos obtenidos sean adecuados para su posterior análisis o uso en aplicaciones experimentales.
La Imperiosa Necesidad de Automatización en la Purificación de Ácidos Nucleicos
Los métodos manuales de extracción de ácidos nucleicos, aunque fundamentales, presentan varios problemas:
Los sistemas automatizados ofrecen varias ventajas clave sobre los métodos manuales, destacándose principalmente la reducción del tiempo y el esfuerzo humano involucrado en la purificación.
Esto no solo optimiza el flujo de trabajo en laboratorios que procesan cientos o miles de muestras al día, sino que también mejora la reproducibilidad y la consistencia de los resultados. La automatización también minimiza el riesgo de error humano y de contaminación, lo que es crucial en aplicaciones donde la calidad del ADN o ARN extraído debe ser alta para garantizar la precisión de los resultados en las pruebas posteriores.
Los avances en la automatización han dado lugar a sistemas de extracción totalmente automatizados que utilizan kits basados en matrices de sílice, partículas de vidrio, tierra de diatomeas, resinas de intercambio aniónico y perlas magnéticas para la purificación de ácidos nucleicos. Estos sistemas permiten trabajar con un número de muestras medio-alto, reducen significativamente el tiempo de procesamiento y de manipulación. A través de estas innovaciones, los laboratorios que procesan grandes volúmenes de muestras pueden mejorar su eficiencia, reducir la posibilidad de contaminación cruzada y obtener resultados de alta calidad de manera más confiable (Loeffler et al, 2022).
A pesar de los avances significativos en este campo, existen desafíos que aún limitan la adopción universal de sistemas automatizados de extracción. Estos incluyen el costo inicial elevado de los equipos automatizados, la necesidad de mantenimiento y la dependencia de kits en formatos específicos que pueden resultar costosos. Además, aunque los sistemas automatizados son efectivos en la mayoría de los contextos, algunos tipos de muestras complejas pueden requerir adaptaciones específicas o procesos adicionales para lograr un rendimiento óptimo.
En cuanto al futuro, la mejora de la tecnología de automatización se orienta hacia la reducción de costos, el aumento de la flexibilidad de los sistemas para trabajar con una mayor variedad de muestras y la integración con otras plataformas automatizadas de análisis molecular. También se prevé que la automatización continúe avanzando hacia una mayor miniaturización, lo que permitiría a los laboratorios con recursos limitados acceder a tecnologías avanzadas de extracción de ácidos nucleicos.
Tiaris Biosciences Desarrolla Soluciones para la Automatización de la Purificación de Ácidos Nucleicos
Tiaris se ha consolidado como líder en el desarrollo de kits adaptados a sistemas automatizados para la purificación de ácidos nucleicos. Su línea de productos está diseñada para satisfacer las diversas necesidades de los laboratorios modernos, garantizando una extracción de ácidos nucleicos de alta calidad mediante flujos de trabajo optimizados.
Los productos estrella de Tiaris son los kits de purificación magnética automatizada High-Q™ de 16 y 96 muestras. Estos representan una nueva generación de sistemas de purificación de ácidos nucleicos, diseñados para la purificación automatizada de 16, 32 o 96 muestras simultáneamente, permitiendo un procesamiento de un número de muestras medio a alto. Los kits se basan en el uso de esferas paramagnéticas recubiertas de sílica para una purificación homogénea, combinadas con tampones de lisis optimizados que contienen detergentes y agentes reductores. Los ácidos nucleicos liberados se unen a la superficie de las esferas magnéticas en presencia de una sal caotrópica. Posteriormente, los ácidos nucleicos unidos se lavan y eluyen eficientemente mediante un sistema de separación magnética, eliminando los contaminantes.
Tiaris ofrece una extracción totalmente automatizada de ADN y ARN a partir de diversos tipos de muestras, integrando tecnologías avanzadas para asegurar un alto rendimiento y pureza. La precisión y confiabilidad de los kits de purificación magnética automatizada High-Q™ de Tiaris los convierten en una herramienta invaluable para laboratorios que buscan aumentar su capacidad de procesamiento sin comprometer la calidad.
