Ультрабыстрое фракционирование ДНК — от часов к минутам

Исследователи из Университета Твенте (Нидерланды) разработали стеклянный микрочип для сверхбыстрого разделения и очистки фрагментов ДНК. Чип прост в производстве и дёшев. Результаты опубликованы в журнале Microsystems and Nano Engineering (издательство Nature).

Новый чип способен фракционировать фрагменты ДНК за считанные минуты, в то время как традиционные методы занимают часы. Разделение происходит с высоким разрешением, а также очищает фрагменты, удаляя другие соли из образца. Достаточно крошечных количеств ДНК, как в медицинской диагностике или криминалистике. Размер фрагментов соответствует диапазону для секвенирования ДНК второго поколения (следующий шаг после проекта "Геном человека").

"Движущаяся змея"

Высокой скорости и разрешения удалось достичь благодаря новому подходу к обычной технике гель-электрофореза. В классическом методе ДНК движется в геле под действием электрического поля. Крупные фрагменты движутся медленнее мелких, что позволяет разделять их по размеру, но поле имеет одно направление, и молекулы движутся по прямой линии.

Учёные предложили варьировать поле. Если периодически прикладывать электрическое поле разной величины в перпендикулярном направлении, фрагменты будут реагировать и на него. Они движутся уже не по прямой, а по результирующему направлению между двумя полями. Поскольку крупные фрагменты (подобно "движущейся змее") реагируют на поля иначе, чем мелкие, их можно разделить.

Дешёвый и универсальный

Для сбора фрагментов чип имеет массивы микроканалов по сторонам квадратной разделительной камеры площадью около 1 см². Также есть резервуар для ДНК и электроды для создания полей.

Чип относительно прост в производстве с использованием базовых чистых технологий MESA+ NanoLab и дёшев. Он также универсален: тип и концентрацию геля, а также параметры полей можно настраивать под конкретную задачу. Одна из других возможных областей применения — разделение белков.

Исследование показывает, что фрагменты ДНК размером от 0,5 т.п.н. до 10 т.п.н. (1 т.п.н. = 1000 пар оснований) можно фракционировать за две минуты с высоким разрешением. Это типичный размер фрагментов, необходимых для секвенирования ДНК второго поколения. Ускорение разделения — также большой шаг вперёд для медицинских применений.

Исследование выполнено в группе BIOS Lab-on-a-chip, входящей в исследовательские институты MESA+ и MIRA Университета Твенте.