Улучшенное декодирование ДНК для персонализированного лечения
В будущем врачи смогут создавать индивидуальные планы лечения на основе ДНК пациента, точно определяя причину болезни и исключая риск фатальных аллергических реакций. Благодаря профессору Амиту Меллеру из Техниона эта фантазия стала на шаг ближе к реальности.
Ключом к революционной ДНК-медицине является быстрое и точное считывание генома пациента. Геном — это уникальная последовательность особых молекул (нуклеотидных оснований) вдоль цепи ДНК, которая указывает клеточным механизмам, какие белки и когда производить. Эти молекулы — аденин, тимин, цитозин и гуанин (сокращённо A, T, C, G).
Команда профессора Меллера разработала метод записи последовательности A, T, C, G, заставляя молекулу ДНК проходить через крошечное отверстие — «нанопору» — в кремниевом чипе размером с шляпку гвоздя. Диаметр нанопоры составляет от 2 до 5 нанометров (миллиардных долей метра). Для сравнения, диаметр человеческого волоса — 100 микрометров (миллионных долей метра).
Принцип работы метода:
- Молекулы ДНК помещают в раствор воды и электрически заряженных солей.
- При протекании солёной воды через нанопору возникает электрический ток.
- Когда молекула ДНК проходит через пору, ток нарушается. Степень нарушения зависит от того, какое основание (A, T, C или G) находится в поре.
Таким образом, чтобы прочитать последовательность оснований, нужно определить, насколько каждое из них нарушает ток, и записать последовательность этих изменений. Однако есть проблема: «Для этого каждое основание должно оставаться в поре достаточно долго, чтобы степень блокировки тока была чётко определена», — поясняет профессор Меллер.
Решение для замедления ДНК:
ДНК обычно движется через нанопоры слишком быстро. Чтобы замедлить её, учёные направили на пору зелёный лазер (не мощнее лазерной указки), который придал ей отрицательный заряд. Нанопора стала притягивать положительно заряженные ионы калия из раствора. Движение этих ионов и воды создало поток, который заблокировал движение ДНК. «Это создаёт силу сопротивления для ДНК, замедляя её так, что каждое основание дольше находится в нанопоре», — говорит Меллер.
Этот метод считывания последовательностей ДНК всё ещё находится в стадии лабораторной разработки. Но Меллер представляет будущее, в котором чип с нанопорой будет встроен в портативное устройство размером со смартфон, которое можно будет доставить прямо к пациенту.
Исследовательская группа Техниона работала над проектом совместно с коллегами из Бостонского университета. Результаты работы были опубликованы 3 ноября в онлайн-версии журнала Nature Nanotechnology.