Onderzoek deze week gepubliceerd in JACS ( Tijdschrift van de American Chemical Society ) toont continue en gecontroleerde translocatie van een enkelstrengs DNA (ssDNA) polymeer door een eiwit nanoporie door een DNA-polymerase-enzym. Het artikel van onderzoekers van de University of California Santa Cruz (UCSC) legt de basis voor een moleculaire motor, een essentieel onderdeel van Strand Sequencing met behulp van nanoporiën. Onderzoekers van UCSC werken samen met het in het VK gevestigde bedrijf Oxford Nanopore Technologies, ontwikkelaars van een nanoporeuze DNA-sequencing-technologie.

Het nieuwe onderzoek bevordert eerder werk dat aantoont dat DNA door een nanoporie kan worden verplaatst met behulp van een polymerase. DNA-beweging in de vorige studie werd uitgevoerd door een reeks polymerasen en vereiste complexe elektronica voor controle. Verbeteringen die in het JACS-document worden vermeld, omvatten technieken om continue ssDNA-beweging mogelijk te maken, een ononderbroken signaal geven terwijl de streng in realtime door de nanoporie werd bewogen. Het enzym-nanopore-construct was actief en meetbaar in een constant elektronisch veld zonder complexe elektronica.

Gecontroleerde initiatie van de polymeraseverwerking op de plaats van het nanopore-enzymcomplex maakte sequentiële meting van meerdere ssDNA-moleculen mogelijk met behulp van een enkele experimentele opstelling. Verder vertoonde het polymerase een hardnekkige binding met het DNA-polymeer, in tegenstelling tot eerdere enzymen die in vergelijkbare omstandigheden zijn onderzocht. Deze resultaten tonen aan dat de eigenschappen van het phi29-DNA-polymerase evenredig zijn met een strengsequencing-technologie.

In de 'strengsequencing'-methode van nanopore DNA-sequencing, ionenstroom door een eiwitnanoporie wordt gemeten en stroomverstoringen worden gebruikt om basen op een ssDNA-polymeer in volgorde te identificeren, omdat het de porie verplaatst. Twee belangrijke uitdagingen voor deze methode zijn:het ontwerpen van een nanoporie om identificatie van individuele basen mogelijk te maken wanneer een ssDNA-polymeer de porie overspant en een mechanisme voor het regelen van translocatie van ssDNA met een consistente en geschikte snelheid om base-identificatie mogelijk te maken door middel van elektronische metingen. Translocatietechnieken die in dit document worden beschreven, zijn compatibel met basisidentificatietechnologie die wordt uitgevoerd in de laboratoria van Oxford Nanopore Technologies en zijn medewerkers.

"Dit werk met het phi29-polymerase heeft ons in staat gesteld belangrijke vooruitgang te boeken op een sleutelelement van DNA-strengsequencing, " zei onderzoeker professor Mark Akeson van de Universiteit van Californië, Santa Cruz. "Terwijl eerder werk aantoonde dat translocatiecontrole in theorie mogelijk was, dit werk laat zien dat DNA-translocatiecontrole haalbaar is in omstandigheden die compatibel zijn met een elektronische sequencing-technologie. We kijken uit naar verdere samenwerking met Oxford Nanopore om dit onderzoek te realiseren."

"De 'strengsequencing'-methode van DNA-sequencing met behulp van een nanopore is al vele jaren bestudeerd, maar dit artikel laat voor de eerste keer zien dat DNA kan worden verplaatst door een enzym met behulp van methoden die consistent zijn met een elektronische technologie met hoge doorvoer, " zei dr. Gordon Sanghera, CEO van Oxford Nanopore. "We zijn enthousiast over dit werk en het potentieel ervan in combinatie met aanvullende recente ontwikkelingen in de identificatie van DNA-bases op DNA-strengen, het andere cruciale element voor strengsequencing."