Наносеквенирование ДНК может привести к революции в персональной медицине
Исследователи под руководством физика из Вашингтонского университета разработали метод быстрого и относительно недорогого секвенирования ДНК в наномасштабе. Это открывает путь для более эффективной индивидуализированной медицины, например, для получения генетических профилей предрасположенности к определённым состояниям и заболеваниям, таким как рак, диабет или аддикция.
Как работает метод
Техника создаёт «считыватель» ДНК, объединяя биологию и нанотехнологии. Используется нанопора (Mycobacterium smegmatis porin A) с отверстием размером в одну миллиардную метра, достаточным для измерения одиночной цепи ДНК при её прохождении.
- Пору поместили в мембрану, окружённую раствором хлорида калия.
- Приложили небольшое напряжение, создав ионный ток через нанопору.
- Электрическая сигнатура тока менялась в зависимости от нуклеотидов, проходящих через пору. Каждый из четырёх нуклеотидов ДНК (цитозин, гуанин, аденин, тимин) давал уникальный сигнал.
Решение ключевых проблем
- Создание подходящей поры: Михаэль Нидервайс из Университета Алабамы в Бирмингеме модифицировал бактерию M. smegmatis для получения поры с коротким и узким отверстием, пропускающим только одну цепь ДНК за раз.
- Замедление процесса: Нуклеотиды проходили через пору со скоростью один за микросекунду — слишком быстро для считывания. Для компенсации исследователи присоединяли участок двуцепочечной ДНК между измеряемыми нуклеотидами. Эта двойная цепь ненадолго зацеплялась за край поры, останавливая поток ДНК на несколько миллисекунд — достаточно, чтобы считать сигнал от целевого нуклеотида.
Значение и финансирование
Работа финансировалась Национальными институтами здравоохранения (NIH) и Национальным исследовательским институтом генома человека в рамках программы по созданию технологии секвенирования человеческого генома за $1000 или меньше (в 2004 году это стоило порядка $10 млн).
Как отметил ведущий автор, профессор физики Йенс Гундлах: «Наши эксперименты описывают новую и в основе очень простую технологию секвенирования, которую, как мы надеемся, теперь можно будет превратить в механизированный процесс».