Создан наноразмерный сенсор для быстрого и дешёвого секвенирования ДНК

Исследователи разработали наноразмерный сенсор для электронного считывания последовательности одиночной молекулы ДНК. Этот быстрый и недорогой метод может сделать секвенирование ДНК широкодоступным и привести к развитию персонализированной медицины, выявляя предрасположенности к таким заболеваниям, как рак, диабет или аддикция.

"Существует чёткий путь к созданию рабочей, легко производимой платформы для секвенирования", — заявил руководитель исследовательской группы, профессор физики Университета Вашингтона Йенс Гундлах.

Как это работает

• Нанопора: Учёные создали нанопору, генетически модифицировав белковую пору из микобактерии (Mycobacterium smegmatis porin A). Её отверстие размером в одну миллиардную метра достаточно для прохождения одиночной цепи ДНК.
• Электрическое считывание: Нанопора помещается в мембрану, окружённую раствором хлорида калия. При подаче небольшого напряжения возникает ионный ток через пору. Электрический сигнал изменяется в зависимости от типа нуклеотида (цитозин, гуанин, аденин, тимин), проходящего через пору, создавая уникальную "подпись" для каждого.
• Молекулярный мотор: Для протягивания цепи ДНК через считывающую нанопору используется молекулярный мотор, взятый из фермента, ассоциированного с репликацией вируса. Мотор протягивает цепь со скоростью десятки миллисекунд на нуклеотид, что достаточно медленно для считывания сигнала.

Результаты и перспективы

Успешная демонстрация метода на шести различных цепях ДНК с читаемыми участками длиной от 42 до 53 нуклеотидов описана в статье, опубликованной онлайн 25 марта в журнале Nature Biotechnology. Полученные последовательности соответствовали уже известным.

По словам Гундлаха, метод нанопоры также позволяет идентифицировать эпигенетические модификации ДНК — химические изменения в клетках, лежащие в основе различных состояний, включая рак. "Возможность определять эпигенетические изменения — одно из преимуществ метода секвенирования с помощью нанопоры".

Исследование финансировалось Национальным институтом исследования генома человека в рамках программы по достижению стоимости индивидуального секвенирования ДНК менее $1000. Гундлах отметил, что благодаря таким методам проект по расшифровке генома может стать чрезвычайно быстрым и доступным: "Это может дойти до 10-долларового или 15-минутного геномного проекта. Всё развивается очень быстро".