Onderzoekers hebben een sensor op nanoschaal ontworpen om de volgorde van een enkel DNA-molecuul elektronisch te lezen. een techniek die snel en goedkoop is en DNA-sequencing op grote schaal beschikbaar zou kunnen maken.

De techniek kan leiden tot betaalbare gepersonaliseerde geneeskunde, mogelijk onthullende aanleg voor aandoeningen zoals kanker, suikerziekte of verslaving.

"Er is een duidelijk pad naar een werkbare, gemakkelijk geproduceerd sequentiëringsplatform, " zei Jens Gundlach, een natuurkundeprofessor aan de Universiteit van Washington die het onderzoeksteam leidt. "We hebben een eiwit-nanoporie die we voor dit doel hebben ontwikkeld, uitgebreid met een moleculaire motor die een DNA-streng nucleotide per nucleotide door de porie beweegt."

De onderzoekers rapporteerden eerder dat ze de nanoporie hebben gemaakt door een eiwitporie van een mycobacterie genetisch te manipuleren. De nanoporie, van Mycobacterium smegmatis porine A, heeft een opening die 1 miljardste van een meter groot is, net groot genoeg voor een enkele DNA-streng om door te gaan.

Om het als lezer te laten werken, de nanoporie werd geplaatst in een membraan omgeven door een kaliumchloride-oplossing, met een kleine spanning aangelegd om een ​​ionenstroom te creëren die door de nanoporie vloeit. De elektrische handtekening verandert afhankelijk van het type nucleotide dat door de nanoporie reist. Elk type DNA-nucleotide - cytosine, guanine, adenine en thymine - produceert een onderscheidende handtekening.

De onderzoekers bevestigden een moleculaire motor, genomen van een enzym geassocieerd met replicatie van een virus, om de DNA-streng door de nanoporielezer te trekken. De motor werd voor het eerst gebruikt in een soortgelijke poging door onderzoekers van de Universiteit van Californië, Santa Cruz, maar ze gebruikten een andere porie die de verschillende nucleotidetypes niet kon onderscheiden.

Gundlach is de corresponderende auteur van een artikel dat op 25 maart online is gepubliceerd door Natuur Biotechnologie dat meldt een succesvolle demonstratie van de nieuwe techniek met behulp van zes verschillende DNA-strengen. De resultaten kwamen overeen met de reeds bekende DNA-sequentie van de strengen, die leesbare gebieden hadden van 42 tot 53 nucleotiden lang.

"De motor trekt de streng door de porie met een beheersbare snelheid van tientallen milliseconden per nucleotide, die langzaam genoeg is om het huidige signaal te kunnen lezen, ' zei Gundlach.

Gundlach zei dat de nanopore-techniek ook kan worden gebruikt om te identificeren hoe DNA in een bepaald individu wordt gemodificeerd. dergelijke wijzigingen, epigenetische DNA-modificaties genoemd, vinden plaats als chemische reacties in cellen en zijn onderliggende oorzaken van verschillende aandoeningen.

"Epigenetische modificaties zijn nogal belangrijk voor zaken als kanker, " zei hij. In staat zijn om DNA-sequencing te bieden die epigenetische veranderingen kan identificeren "is een van de charmes van de nanopore-sequencing-methode."

co-auteurs van de Natuur Biotechnologie papier zijn Elizabeth Manrao, Ian Derrington, Andrew Laszlo, Kyle Langford, Matthew Hopper en Nathaniel Gillgren van de UW, en Mikhail Pavlenok en Michael Niederweis van de Universiteit van Alabama in Birmingham.

Het werk werd gefinancierd door het National Human Genome Research Institute in een programma dat is ontworpen om een ​​manier te vinden om individuele DNA-sequencing uit te voeren voor minder dan $ 1, 000. Toen dat programma begon, Gundlach zei, de kosten van een dergelijke sequencing liepen waarschijnlijk in de honderdduizenden dollars, maar "met technieken als deze kan het neerkomen op een genoomproject van 10 dollar of 15 minuten. Het gaat snel."