Electroforesis: Qué es, características y aplicaciones

La electroforesis permite a los científicos separar y analizar moléculas como el ADN, el ARN y las proteínas.

Se planteó en los primeros años del siglo XX, y ha sido fundamental, por ejemplo, para el mapeo del genoma humano hasta la identificación de biomarcadores para enfermedades complejas. En este artículo, explicaremos en profundidad qué es la electroforesis, cómo funciona, sus diferentes tipos, características, y sus aplicaciones.

¿Qué es la electroforesis?

La electroforesis es una técnica que permite separar moléculas en función de su tamaño y carga eléctrica.

Se basa en el principio de que las moléculas cargadas se mueven a través de un campo eléctrico aplicado. La separación se realiza en un medio sólido o semisólido, como un gel, que actúa como un tamiz, permitiendo que las moléculas más pequeñas se muevan más rápidamente que las más grandes.

¿Que mide la electroforesis?

La electroforesis mide y analiza varios aspectos de las moléculas, dependiendo del tipo específico de electroforesis utilizada y del objetivo del experimento. Principalmente, se utiliza para:

1. Tamaño molecular: La electroforesis puede separar moléculas basándose en su tamaño. Las moléculas más pequeñas se mueven a través del gel o matriz más rápidamente que las más grandes, permitiendo su diferenciación y estimación de su tamaño molecular.
2. Carga molecular: Dado que la movilidad de las moléculas en un campo eléctrico depende también de su carga, la electroforesis puede utilizarse para analizar y separar moléculas según su carga neta a un pH dado.
3. Pureza de las muestras: La técnica permite evaluar la pureza de una preparación de moléculas, identificando la presencia de contaminantes o productos de degradación.

Funcionamiento de la electroforesis

El proceso de electroforesis comienza con la aplicación de una muestra de moléculas, como ADN, ARN o proteínas, en un extremo de un gel. Al aplicar un campo eléctrico a través del gel, las moléculas cargadas comienzan a moverse hacia el polo opuesto a su carga. Las moléculas negativamente cargadas, por ejemplo, se desplazan hacia el polo positivo.

Características de la electroforesis

A continuación, desarrollamos las características más relevantes de la electroforesis:

• Sensibilidad y especificidad. La electroforesis es altamente sensible y específica, capaz de detectar y separar moléculas con diferencias mínimas en su tamaño y carga eléctrica.
• Resolución. Permite la separación clara de bandas o picos que representan diferentes moléculas o fragmentos moleculares. La calidad de la resolución depende de varios factores, como el tipo de gel utilizado o la concentración del gel.
• Versatilidad. Puede aplicarse a una amplia gama de moléculas, incluyendo ADN, ARN, proteínas, y pequeños péptidos.También puede modificarse o combinarse con otras técnicas para aumentar su aplicabilidad, como en la electroforesis bidimensional y la electroforesis capilar.
• Cuantificación. Puede utilizarse para cuantificar la cantidad de material presente en las bandas separadas mediante densitometría o técnicas de tinción específicas.
• Rapidez y eficiencia. Es relativamente rápida y eficiente, permitiendo la separación de moléculas en cuestión de horas. Esto la hace adecuada para el análisis rápido de muestras en investigaciones y aplicaciones clínicas.
• Costo-efectividad. Se considera una técnica costo-efectiva debido a su bajo consumo de reactivos y su capacidad para procesar múltiples muestras simultáneamente.
• Reproducibilidad. Permite comparar resultados entre diferentes experimentos o laboratorios.

Tipos de electroforesis

Vamos a describir los tipos más comunes de electroforesis:

• Electroforesis en gel de agarosa. La electroforesis en gel de agarosa es ideal para la separación de ácidos nucleicos, como el ADN y el ARN. La agarosa, un polisacárido extraído de algas, forma geles con poros relativamente grandes, lo que permite la separación eficiente de moléculas grandes. Es ampliamente utilizada en la genética para analizar fragmentos de ADN, incluyendo la preparación de muestras para secuenciación o para verificar la presencia de fragmentos específicos mediante PCR.
• Electroforesis capilar. La electroforesis capilar se realiza en tubos capilares delgados. Es especialmente útil para la separación de pequeñas moléculas, aminoácidos, péptidos y nucleótidos. Esta técnica es altamente automatizada y puede procesar rápidamente un gran número de muestras con una cantidad mínima de reactivos.
• Electroforesis en gel de poliacrilamida (PAGE). La poliacrilamida proporciona una matriz de gel con poros más pequeños en comparación con la agarosa, lo que la hace adecuada para la separación de proteínas y pequeños fragmentos de ADN o ARN. La PAGE puede ser denaturante, utilizando agentes como el SDS (dodecilsulfato de sodio) para separar proteínas según su masa molecular, o no denaturante, permitiendo la separación de moléculas según su conformación nativa.
• El isoelectroenfoque (IEF) es un tipo de electroforesis que separa moléculas basándose en su punto isoeléctrico (pI), es decir, el pH en el cual la molécula tiene carga neta cero.
• La electroforesis bidimensional combina dos técnicas de separación: primero, el isoelectroenfoque para separar moléculas por su pI, y luego la PAGE para separarlas por su masa molecular. Esta técnica suele usarse para el análisis de mezclas complejas de proteínas, como los extractos celulares.

Aplicaciones de la electroforesis

Sus aplicaciones son variadas, abarcando desde la investigación básica hasta aplicaciones clínicas y forenses. A continuación, se destacan algunas de las principales aplicaciones de la electroforesis:

• Investigación Genética y Molecular. La electroforesis se utiliza para identificar mutaciones genéticas, analizar patrones de expresión génica, y estudiar la estructura y función de las proteínas.
• Diagnóstico Clínico. En el ámbito clínico, la electroforesis se emplea para diagnosticar enfermedades genéticas, infecciosas y algunas condiciones crónicas, como trastornos sanguíneos.
• Medicina Forense. La electroforesis de ADN es una herramienta clave en la medicina forense para la identificación de individuos en investigaciones criminales y análisis de paternidad.
• Investigación Ambiental y de Alimentos. Se aplica en la detección de contaminantes en muestras ambientales y en la identificación de organismos genéticamente modificados (OGMs) en alimentos.