(Phys.org)—In de afgelopen vijf jaar is Gene sequencing van de volgende generatie heeft de kosten voor het ontsluiten van een enkel genoom verlaagd van $ 10 miljoen naar $ 10, 000. Hoewel de besparingen ongekend zijn, er kan nog meer worden gedaan om de kosten nog verder te verlagen, een inspanning die tal van toepassingen in medisch onderzoek en gezondheidszorg mogelijk zou maken.

Meni Wanunu, een assistent-professor natuurkunde aan de Northeastern University, zegt dat zijn werk in nanoporiën-sequencing een dergelijke inspanning vertegenwoordigt. traditioneel, Wanunu heeft nanoporiën gebruikt als een DNA-uitleesapparaat, waarbij een enkele DNA-streng door de porie gaat en minieme veranderingen veroorzaakt in het omringende elektrische signaal dat rapporteert over de structuur ervan.

Maar nu doet hij het tegenovergestelde:"We gebruiken de nanoporie om een ​​molecuul vast te houden in de ruimte, ' legt Wanunu uit.

Gesteund door een recente $ 825, 000 subsidie ​​van de National Institutes of Health, Wanunu zal nanoporiën toepassen op een andere sequencing-technologie die precies één DNA-streng per keer leest.

Pacifische biowetenschappen, Wanunu's subsidiepartner, heeft een sequencing-apparaat ontworpen, een SMRT-cel genaamd, voor enkelvoudige moleculen, realtime analyse. SMRT-cellen hebben het potentieel om de kosten voor het bepalen van genen te verlagen tot $ 100 per genoom, maar ze moeten eerst enkele belangrijke hindernissen overwinnen.

Elke aluminium SMRT-cel bevat 150, 000 gaten. Elk gat is 100 nanometer breed en moet één "polymerase, "een molecuul waarvan de oorspronkelijke verantwoordelijkheid in een levende cel is om een ​​DNA-sequentie te repliceren, één nucleotidebase per keer. Polymerasen zijn de beste DNA-sequencers van de natuur en SMRT-cellen maken gebruik van een molecuul met miljoenen jaren evolutie erachter.

Maar volgens Wanunu, slechts ongeveer 37 procent van de gaten in een SMRT-cel kan theoretisch precies één polymerase bevatten, omdat er geen technologie is om precies één polymerase in elk gaatje te stoppen. Hoewel 100 nanometer misschien klein lijkt, een van de nanoporiën van Wanunu is 100 keer kleiner.

Het doel van het onderzoek dat door de nieuwe subsidie ​​wordt ondersteund, is om elk SMRT-celgat te matchen met een enkele nanoporie. Zittend boven de nanoporie, elke polymerase wordt bevestigd aan een anker eronder, waardoor wordt voorkomen dat de eerste wegdrijft.

Door ervoor te zorgen dat er een enkele polymerase in elk gat is, de nanopore-benadering zal het aantal gensequenties vergroten dat tegelijk kan worden gelezen, verbetering van de totale opbrengst van de SMRT-cel. Bovendien, omdat nanoporiën zo klein zijn, het is mogelijk om er een spanningsgradiënt over te creëren, geladen DNA-strengen naar de gaten drijven, en dus de gevoeligheid van de sequencer voor DNA-moleculen te vergroten.

"De niche hier is het sequencen van natief DNA dat niet kan worden geamplificeerd, " zegt Wanunu. Epigenetische markers, bijvoorbeeld, die bovenop onze genen zitten en expressie reguleren, gaan verloren wanneer DNA wordt geamplificeerd - een standaardproces in de meeste sequencing-technologieën. Door DNA streng voor streng te lezen, dan, de SMRT-cel zou niet alleen de kosten verlagen, maar zou ook een nieuwe grens in genoomonderzoek mogelijk maken.