Улучшение точности секвенирования ДНК за счет замедления

Ученые из EPFL разработали метод, который повышает точность секвенирования ДНК до тысячи раз. Метод, использующий нанопоры для считывания отдельных нуклеотидов, открывает путь к более качественному и дешевому секвенированию ДНК.

Секвенирование ДНК — один из ключевых инструментов в биологии и медицине. Мощный метод нанопорового секвенирования считывает ДНК, когда она проходит через крошечную пору. Однако он страдает от высокой погрешности, так как ДНК проходит через пору слишком быстро. Ученые EPFL обнаружили, что использование вязкой жидкости замедляет этот процесс на два-три порядка величины, что значительно улучшает разрешение и точность метода. Прорыв описан в Nature Nanotechnology.

Как работает замедление

В методе нанопорового секвенирования ДНК проходит через пору в мембране, где электрический ток помогает идентифицировать каждый из четырех типов нуклеотидов по характерному изменению сигнала.

Лаборатория Александры Раденович в EPFL преодолела проблему скорости, используя вязкую ионную жидкость (room-temperature ionic liquid), замедляющую прохождение ДНК. Точность секвенирования при этом повышается до уровня отдельных нуклеотидов.

Технические детали исследования

Исследователи Цзяньдун Фэн и Ке Лю с коллегами:

1. Создали мембрану из дисульфида молибдена (MoS₂) толщиной всего 0.7 нм. Этот материал менее липкий для ДНК, чем часто используемый графен.
2. Пробили в мембране нанопору шириной почти 3 нм.
3. Растворили ДНК в специальной ионной жидкости, вязкость которой можно точно настраивать. Ученые подобрали оптимальный градиент вязкости, достаточный для эффективного замедления ДНК.
4. Протестировали систему, многократно пропуская через пору известные нуклеотиды в растворе. Это позволило получить усредненный сигнал для каждого из четырех типов, создав эталон для будущей идентификации.

Перспективы

Хотя метод находится на стадии тестирования, команда планирует работать с целыми цепочками ДНК и ищет возможности для коммерциализации технологии.

Ученые полагают, что комбинация ионных жидкостей и нанопор на тонких пленках MoS₂ может лечь в основу более дешевой и эффективной платформы для секвенирования ДНК.

«В ближайшие годы технология секвенирования определенно перейдет из исследований в клиники, — говорит Александра Раденович. — Для этого нам нужно быстрое и доступное секвенирование ДНК, и нанопоровая технология может это обеспечить».