Квантовый эффект может помочь в создании недорогого секвенирования ДНК

Исследователи из Института Biodesign Университета штата Аризона под руководством Стюарта Линдсея предложили использовать квантовое туннелирование для точного и недорогого секвенирования генома. Результаты опубликованы в Nature Nanotechnology Letters.

Проблема современных методов

Традиционные методы секвенирования ДНК, требующие разрезания генома на фрагменты и их последующей сборки, остаются медленными и дорогими, несмотря на прогресс (первое секвенирование человеческого генома заняло 11 лет и стоило $1 млрд).

Новый подход с туннелированием

Метод Линдсея использует сканирующий туннельный микроскоп (STM). На его электродный зонд наносится нуклеотид, который подносят к комплементарному основанию в образце ДНК. Между ними образуются водородные связи:

• Аденин (A) и тимин (T) соединяются двумя водородными связями.
• Цитозин (C) и гуанин (G) соединяются тремя водородными связями.

Ключевая роль туннельного тока

Когда зонд начинают отодвигать, разрывая водородные связи, в цепи возникает туннельный ток. Электроны «просачиваются» (туннелируют) через наноразрыв между электродами — это квантовый эффект. Сила тока падает по мере разрыва связей.

• Кривая падения тока для пары C–G (3 связи) длиннее.
• Кривая для пары A–T (2 связи) короче.

Это позволяет идентифицировать основание по характеру сигнала.

Перспективы

Комбинация химического распознавания (водородные связи) и измерения туннельного тока открывает путь к созданию технологии, способной считывать тысячи пар оснований в секунду с высокой точностью и низкой стоимостью. Как отмечает Линдсей: «Это сочетание туннелирования и химии очень мощное».