Новый подход к электронному секвенированию ДНК на уровне одной молекулы

Исследователи из Колумбийского университета и Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали новый метод секвенирования ДНК в нанопорах на уровне одной молекулы с разрешением на один нуклеотид.

Суть метода (Nano-SBS):

• В основе лежит стратегия секвенирования по синтезу (SBS).
• Четыре нуклеотида (A, C, G, T) метятся полимерными метками разного размера (на примере полиэтиленгликоля, PEG).
• При включении меченого нуклеотида в растущую цепь ДНК ДНК-полимеразой, метка отщепляется.
• Освободившиеся метки поочередно проходят через нанопору (например, белок α-гемолизин).
• Каждая метка создает уникальную сигнатуру блокировки ионного тока, что позволяет электронно различать четыре типа нуклеотидов на уровне одной молекулы.

Ключевые достижения:

• В качестве доказательства концепции к 2'-дезоксигуанозин-5'-тетрафосфату были присоединены четыре PEG-метки разной длины.
• Продемонстрирована их эффективная инкорпорация полимеразой и четкое различение меток по сигналам в нанопоре.
• Метод преодолевает главную проблему нанопорового секвенирования — сложность различения четырех схожих по структуре естественных нуклеотидов.

Потенциал и контекст:

• Комбинация технологии SBS (ранее разработанной в Колумбийском университете) с нанопоровым детектированием (пионерские работы NIST) привела к созданию платформы Nano-SBS.
• Техника гибкая: вместо PEG могут использоваться другие химические метки.
• В перспективе, с использованием массивов белковых или твердотельных нанопор, этот подход может позволить быстро и дешево секвенировать целый геном человека, что откроет путь к рутинной медицинской диагностике.

Как отмечает ведущий автор Шив Кумар: «Новизна нашего подхода заключается в дизайне и использовании четырех по-разному меченых нуклеотидов... Это преодолевает ограничения, накладываемые малыми различиями между четырьмя нуклеотидами».