(PhysOrg.com) -- Wetenschappers van Imperial College London ontwikkelen technologie die uiteindelijk het genoom van een persoon in slechts enkele minuten kan bepalen, tegen een fractie van de kosten van de huidige commerciële technieken.

De onderzoekers hebben een vroege prototypetechnologie gepatenteerd die volgens hen binnen tien jaar zou kunnen leiden tot een ultrasnelle commerciële DNA-sequencingtool. Hun werk wordt beschreven in een studie die deze maand in het tijdschrift is gepubliceerd Nano-letters en het wordt ondersteund door de Wellcome Trust Translational Award en de Corrigan Foundation.

Het onderzoek suggereert dat wetenschappers uiteindelijk een volledig genoom kunnen sequencen in een enkele laboratoriumprocedure, terwijl het momenteel alleen kan worden gesequenced nadat het in stukken is gebroken in een zeer complex en tijdrovend proces. Snelle en goedkope genoomsequencing zou gewone mensen in staat kunnen stellen de geheimen van hun eigen DNA te ontrafelen, onthullen hun persoonlijke vatbaarheid voor ziekten zoals de ziekte van Alzheimer, suikerziekte en kanker. Medische professionals maken al gebruik van genoomsequencing om populatiebrede gezondheidsproblemen te begrijpen en manieren te onderzoeken om geïndividualiseerde behandelingen of preventies op maat te maken.

Dokter Joshua Edel, een van de auteurs van de studie van het Department of Chemistry aan het Imperial College London, zei:"Vergeleken met de huidige technologie, dit apparaat zou kunnen leiden tot veel goedkopere sequencing:slechts een paar dollar, vergeleken met $ 1 miljoen om een ​​volledig genoom te sequensen in 2007. We hebben het nog niet op een heel genoom geprobeerd, maar onze eerste experimenten suggereren dat je in theorie een volledige scan van de 3, 165 miljoen basen in het menselijk genoom binnen enkele minuten, biedt enorme voordelen voor medische tests, of DNA-profielen voor politie- en veiligheidswerk. Het moet aanzienlijk sneller en betrouwbaarder zijn, en zou gemakkelijk op te schalen zijn om een ​​apparaat te maken met de capaciteit om tot 10 miljoen basen per seconde te lezen, versus de typische 10 basen per seconde die je krijgt met de huidige real-time technieken van één molecuul."

In de nieuwe studie de onderzoekers toonden aan dat het mogelijk is om een ​​DNA-streng met hoge snelheid voort te stuwen door een klein 50 nanometer (nm) gaatje - of nanoporie - gesneden in een siliciumchip, met behulp van een elektrische lading. Als de streng uit de achterkant van de chip komt, de coderende sequentie (basen A, C, T of G) wordt gelezen door een 'tunnelling electrode junction'. Deze opening van 2 nm tussen twee draden ondersteunt een elektrische stroom die interageert met het afzonderlijke elektrische signaal van elke basiscode. Een krachtige computer kan dan het signaal van de basiscode interpreteren om de genoomsequentie te construeren, waardoor het voor het eerst mogelijk is om al deze goed gedocumenteerde technieken te combineren.

Sequencing met behulp van nanoporiën wordt al lang beschouwd als de volgende grote ontwikkeling voor DNA-technologie, dankzij het potentieel voor sequencing met hoge snelheid en hoge capaciteit. Echter, ontwerpen voor een nauwkeurige en snelle lezer zijn tot nu toe niet aangetoond.

Co-auteur dr. Emanuele Instuli, van de afdeling scheikunde aan het Imperial College London, legden de uitdagingen uit waarmee ze in dit onderzoek werden geconfronteerd:"De DNA-streng door de nanoporie krijgen is een beetje als spaghetti opzuigen. Tot nu toe was het moeilijk om de junctie en de nanoporie precies op één lijn te brengen. engineering van de elektrodedraden met dergelijke afmetingen benadert de atomaire schaal en is effectief aan de limiet van bestaande instrumentatie. In dit experiment waren we echter in staat om twee kleine platinadraadjes in een elektrodeovergang te maken met een opening die voldoende klein was om de elektronenstroom ertussen te laten vloeien."

Deze technologie zou verschillende duidelijke voordelen hebben ten opzichte van de huidige technieken, volgens co-auteur Aleksandar Ivanov van het Department of Chemistry van Imperial College London:"Sequencing van nanoporiën zou een snelle, eenvoudige procedure, in tegenstelling tot de beschikbare commerciële methoden, die tijdrovende en destructieve chemische processen vereisen om kleine delen van de DNA-moleculen af ​​te breken en te repliceren om hun sequentie te bepalen. Aanvullend, deze siliciumchips zijn ongelooflijk duurzaam in vergelijking met sommige van de meer delicate materialen die momenteel worden gebruikt. Ze kunnen worden behandeld, gewassen en vele malen hergebruikt zonder de prestaties te verminderen."

Dokter Tim Albrecht, een andere auteur over de studie, van de afdeling scheikunde aan het Imperial College London, zegt:"De volgende stap zal zijn om onderscheid te maken tussen verschillende DNA-monsters en, uiteindelijk, tussen individuele basen binnen de DNA-streng (dwz echte sequencing). Ik denk dat we de weg vooruit weten, maar het is een uitdagend project en we moeten nog veel meer stapsgewijze stappen zetten voordat onze visie kan worden gerealiseerd."