Управление молекулами ДНК с помощью электрических полей для контроля в реальном времени
Исследователи из Департамента физики Университета Макгилла разработали новое устройство, способное захватывать и изучать молекулы ДНК без физического контакта и повреждений. Устройство, использующее точно настроенные электрические поля, предоставляет ученым беспрецедентный контроль над поведением ДНК в реальном времени. Это открывает возможности для более быстрого и точного молекулярного анализа, что может улучшить диагностику, картирование генома и изучение молекул, связанных с заболеваниями.
Докторант Матеус Азеведо Силва Пессоа, исследователь в области нанофлюидики, разработал этот инструмент в сотрудничестве с коллегами из лаборатории нанобиофизики профессора Уолтера Рейснера. В работе также участвовали исследователи из лаборатории биоинженерии профессоры Сары Махшид в Макгилле, стартапа в области геномных технологий Dimension Genomics и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.
Статья "Single-molecule capture, release, and dynamical manipulation via reversible electrokinetic confinement (RECON)" опубликована в журнале Science Advances.
Использование электрического заряда ДНК
"Предыдущие модели требовали механического контроля молекул для их захвата, — объяснил Пессоа. — Нужно было ограничить молекулы в канавке, чтобы их изучать, а затем механически опустить пластину или крышку, чтобы протолкнуть молекулы в лунку. Но иногда они ломались, а контроль над их положением был крайне ограничен".
Теперь исследователи могут быстрее и мягче модулировать каждую молекулу ДНК, используя её присущие электрические свойства, чтобы направить её в небольшую лунку.
Как настройка радиоприемника
Хотя предыдущие исследования пытались управлять молекулами с помощью электрических полей, высокое напряжение часто вызывало различные проблемы, делая этот подход непрактичным.
Пессоа заявил, что новое устройство позволяет исследователям регулировать электрическое напряжение до определенной частоты, подобно настройке шкалы AM-радио. Этот точный контроль позволяет захватывать молекулы ДНК, не повреждая их.
Ученые также могут по желанию высвобождать молекулы. Контролируя степень ограничения ДНК, они могут наблюдать её поведение в реальном времени.
"Таким образом мы можем увидеть специфическую динамику ДНК, потому что можем удерживать молекулы сколь угодно долго, не разрушая их, и наблюдать, что происходит при изменении электрического поля, которое мы используем для их захвата", — добавил он.
Исследователи утверждают, что манипулирование ДНК в таком малом масштабе также может ускорить химические реакции, например, заставить липосомы — жировые носители, часто используемые для доставки лекарств, — открыться и высвободить содержимое, что позволит ученым глубже изучить эту динамику.
Платформа также может использоваться для моделирования клеточных сред, что делает её мощным инструментом как для диагностики, так и для открытий.
Исследователь указан в числе изобретателей в предварительной патентной заявке компании Dimension Genomics на это устройство.