Високошвидкісне нанопоровое секвенування днк

Відео: Секвенирование генома і персональна ДНК

Команда вчених з Інституту биодизайна Університету штату Арізона і Дослідницького центру IBM імені Уотсона розробила прототип нового пристрою для високошвидкісного нанопорового секвенування ДНК, яке можна буде застосовувати в повсякденній роботі лікаря.

«Наша мета - створити дешеве, просте і потужне діагностичне пристрій для ДНК і протеїнів, яке буде стояти в кабінеті кожного лікаря», - каже Стюарт Ліндсей (Stuart Lindsay), професор фізики ASU і директор університетського Центру біофізики одиночних молекул.

Такі технології є особливо актуальними в епоху персоналізованої медицини, коли інформація про ДНК пацієнта і білковому профілі може використовуватися для підбору індивідуального лікування хвороб.

Це технології, які повністю змінюють правила гри в медицині і фармації. Секвенування генома в повсякденній клінічній практиці стає реальністю. Нове досягнення дозволяє зробити це всього за $ 1000 - досить скромну суму за мірками американської медицини.

В ході свого останнього дослідження вчені тестували мікроскопічне пристрій для зчитування ДНК, яке в кілька тисяч разів менше товщини людської волосини.

Пристрій досить чутливе, щоб розрізняти кожне хімічне підставу в складі ДНК (що позначаються буквами А, Т, Ц, Г) під час проходження молекули через прочитує головку.

Вчені, застосувавши розчини з окремими хімічними підставами, довели правильність своєї концепції. Пристрій давало чіткий сигнал при виявленні ДНК в розчині, навіть в наномолярного концентраціях. Це краще, ніж сучасні технології секвенування ДНК, які відносять до так званого наступному поколінню.

Пристрій для зчитування ДНК, запропоноване вченими, являє собою «сендвіч» з ультратонких (товщиною з атом) напівпровідникових шарів. Вся складність в тому, щоб ці шари могли перетворювати хімічну інформацію ДНК в електричний сигнал приладу.

Вчені зробили цей «сендвіч» з двох металевих електродів, які розділені ізолюючим шаром товщиною 2 нанометра (1 нм - це в 10 000 разів менше товщини волосся людини). Для цього була застосована технологія атомно-шарового осадження. У «сендвічі» було зроблено отвір, через яке повинні проходити скановані молекули ДНК.

«Технологія, яку ми розробили, може бути всього лише першим кроком до побудови одномолекулярного секвеніруют пристрою, виробленого за звичайною технологією для комп`ютерних чіпів. Попередні спроби створити тунельні з`єднання для зчитування ДНК були побудовані по-іншому. Тоді було неможливо використовувати звичайні методи виробництва », - пояснює Ліндсей.

Коли через нанопори в зчитувальному пристрої проходить молекула ДНК, виникає електричний пік, який є унікальним для кожного хімічного підстави (А, Т, Ц, Г) в ДНК.

Вчені розробили кілька модифікацій нової технології, які відрізняються в основному особливостями промислового виробництва. Крім того, для більш точної роботи пристрою ще потрібна калібрування. І фінальним кроком роботи повинно стати зменшення розмірів нанопори, щоб крізь неї могла проходити тільки одна молекула ДНК.

Але в цілому дослідники майже закінчили розробку приладу, який зможе надійно працювати протягом декількох годин поспіль, ідентифікуючи хімічні основи ДНК пацієнтів, що проходить крізь 2-нанометрове отвір.

Вчені також обіцяють модифікувати технологію для зчитування інших одиночних молекул - наприклад, молекул лікарських речовин. Це дуже допоможе фармацевтичним компаніям при розробці нових лікарських препаратів.

Останнє досягнення може привести ASU в світ великого бізнесу. Ліндсей вже говорить про створення нової компанії Recognition Analytix, яка розраховує повторити запаморочливий успіх Molecular Imaging Corp - високотехнологічної компанії, заснованої в 1993 році.

Роботи зі створення пристрою для нанопорового секвенування ДНК були профінансовані Національним інститутом здоров`я США і фармацевтичною компанією Roche.

Результати дослідження були опубліковані в журналі ACS Nano.