(PhysOrg.com) -- Biomedische ingenieurs van de Universiteit van Boston hebben een methode ontwikkeld om toekomstige genoomsequencing sneller en goedkoper te maken door de benodigde hoeveelheid DNA drastisch te verminderen, waardoor de dure, tijdrovende en foutgevoelige stap van DNA-amplificatie.

In een studie gepubliceerd in de online editie van Nature Nanotechnology van 20 december, een team onder leiding van Boston University Biomedical Engineering Associate Professor Amit Meller beschrijft baanbrekend werk bij het detecteren van DNA-moleculen terwijl ze door siliciumnanoporiën gaan. De techniek maakt gebruik van elektrische velden om lange DNA-strengen door poriën van vier nanometer breed te voeren. net als het inrijgen van een naald. De methode maakt gebruik van gevoelige elektrische stroommetingen om afzonderlijke DNA-moleculen te detecteren terwijl ze door de nanoporiën gaan.

"De huidige studie toont aan dat we een veel kleinere hoeveelheid DNA-monster kunnen detecteren dan eerder werd gerapporteerd, " zei Meller. "Als mensen beginnen met het implementeren van genoomsequencing of genoomprofilering met behulp van nanoporiën, ze zouden onze aanpak voor het vastleggen van nanoporiën kunnen gebruiken om het aantal kopieën dat bij die metingen wordt gebruikt sterk te verminderen."

Momenteel, genoomsequencing maakt gebruik van DNA-amplificatie om miljarden moleculaire kopieën te maken om een ​​monster te produceren dat groot genoeg is om te worden geanalyseerd. Naast de tijd en kosten die DNA-amplificatie met zich meebrengt, sommige moleculen - zoals fotokopieën van fotokopieën - komen er niet perfect uit. Meller en zijn collega's van de BU, De New York University en de Bar-Ilan University in Israël hebben elektrische velden rond de mondingen van de nanoporiën gebruikt om lange, negatief geladen strengen DNA en schuif ze door de nanoporie waar de DNA-sequentie kan worden gedetecteerd. Omdat het DNA van een afstand naar de nanoporiën wordt getrokken, er zijn veel minder kopieën van het molecuul nodig.

Voordat u deze nieuwe methode maakt, het team moest een begrip van elektrofysica op nanoschaal ontwikkelen, waar de regels die de grotere wereld beheersen niet noodzakelijk van toepassing zijn. Ze deden een contra-intuïtieve ontdekking:hoe langer de DNA-streng, hoe sneller het de porieopening vond.

"Dat is echt verrassend, "zei Meller. "Je zou verwachten dat als je een langere spaghetti hebt, ' dan zou het veel moeilijker zijn om het einde te vinden. Tegelijkertijd betekent deze ontdekking dat het nanoporiënsysteem is geoptimaliseerd voor de detectie van lange DNA-strengen -- tienduizenden basenparen, of zelfs meer. Dit zou toekomstige genomische sequencing drastisch kunnen versnellen door analyse van een lange DNA-streng in één beweging mogelijk te maken, in plaats van de resultaten uit vele korte fragmenten te moeten verzamelen.

"DNA-amplificatietechnologieën beperken de lengte van DNA-moleculen tot minder dan duizend basenparen, "Meller toegevoegd. "Omdat onze methode versterking vermijdt, het verlaagt niet alleen de kosten, tijd en foutenpercentage van DNA-replicatietechnieken, maar maakt ook de analyse van zeer lange DNA-strengen mogelijk, veel langer dan de huidige beperkingen."

Met deze kennis in de hand, Meller en zijn team wilden het effect optimaliseren. Ze gebruikten zoutgradiënten om het elektrische veld rond de poriën te veranderen, die de snelheid verhoogde waarmee DNA-moleculen werden gevangen en de vertragingstijd tussen moleculen verkortte, waardoor de hoeveelheid DNA die nodig is voor nauwkeurige metingen wordt verminderd. In plaats van rond te zweven totdat ze een nanoporie tegenkwamen, DNA-strengen werden door de openingen geleid.

Door de vangstsnelheden met enkele ordes van grootte te verhogen, en door het volume van de monsterkamer te verkleinen, verminderden de onderzoekers het aantal benodigde DNA-moleculen met een factor 10, 000 - van ongeveer 1 miljard monstermoleculen tot 100, 000.