Обнаружение ДНК in situ с помощью нанопор
Возможность детектировать ДНК из одной клетки важна для диагностики заболеваний и генетических нарушений. Измерение единичных молекул ДНК стало возможным некоторое время назад, однако прямое обнаружение образцов непосредственно в месте экстракции, без необходимости дополнительных этапов, оставалось проблемой. Исследователи из SANKEN (Университет Осаки) продемонстрировали метод высвобождения ДНК в точке измерения. Их результаты опубликованы в Small Methods.
Нанопоры — это очень маленькие отверстия, встречающиеся в биологии или создаваемые искусственно. Были достигнуты значительные успехи в использовании нанопор в качестве "ворот", позволяющих отслеживать прохождение молекул по одной. Например, удалось идентифицировать отдельные азотистые основания ДНК, проходящие через пору, что позволяет проводить полное секвенирование генома.
Однако, несмотря на эти успехи в детекции единичных молекул, для успешного измерения было необходимо увеличивать концентрацию образцов ДНК, поскольку не было надежного способа доставить молекулы к измерительной поре.
Исследователи создали 3D-интегрированную нанопору, которая может разрушать клетки непосредственно перед измерением. Высвобожденные молекулы эффективно доставляются в зону детектирования и измеряются без необходимости дополнительных этапов, которые могут вносить ошибки.
Как работает сенсор
Сенсор состоит из двух ключевых частей:
- Фильтрующий слой с множеством отверстий, значительно меньших, чем клетка. Электростатическое поле используется для разрушения клетки. Определенные высвобожденные вещества (например, ДНК) могут проходить через отверстия, в то время как более крупные фрагменты клеточного дебриса — нет.
- Измерительная нанопора расположена ниже фильтрующего слоя (отделена спейсером) во второй мембране. Именно здесь производятся измерения.
При приложении напряжения через пору течет ток благодаря ионам соли в окружающем растворе. Этот ток частично блокируется, когда через пору проходят крупные молекулы ДНК. Изменения тока несут информацию о молекулах, например, о том, свернута ли молекула (которая может достигать миллиметров в длину).
Преимущества и перспективы
Фильтрующий эффект 3D-интегрированной нанопоры предотвращает засорение измерительной поры, что делает систему надежной в использовании. Исследователи ожидают, что эта технология будет использована для создания новых методов быстрого обнаружения мутантных вирусов на уровне генома.