(Phys.org)—Snel, nauwkeurige genetische sequencing kan binnenkort binnen het bereik van elke dokterspraktijk komen als recent onderzoek van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en de School of Engineering and Applied Science van Columbia University effectief kan worden gecommercialiseerd. Het team heeft een potentieel goedkope, betrouwbare manier om de volledige DNA-sequenties van een individu te verkrijgen met behulp van een soort moleculaire tickertape-lezer, mogelijk een gemakkelijke detectie van ziektemarkers in het DNA van een patiënt mogelijk maken.

Terwijl voor het eerst het genoom van een diersoort wordt gesequenced, zo gewoon is dat het nauwelijks meer in het nieuws komt, het is minder bekend dat het sequencen van het DNA van een enkel individu een dure aangelegenheid is, kost vele duizenden dollars met behulp van de technologie van vandaag. Het genoom van een individu bevat markers die vooraf kunnen waarschuwen voor het risico op ziekte, maar je hebt een vasten nodig, betrouwbare en economische manier om de genen van elke patiënt te sequencen om er volledig van te profiteren. Even belangrijk is de noodzaak om het DNA van een individu gedurende zijn of haar leven voortdurend te sequensen, omdat de genetische code door veel factoren kan worden gewijzigd.

De nieuwe methode bepaalt de DNA-sequenties door verschillende moleculaire "tags" aan elk van de vier chemische bouwstenen te hechten, of "bases, " die de genetische informatie in een DNA-streng bevatten - afgekort als A, G, C en T. Elk van deze polymeertags kan vervolgens uit de streng worden gesneden en worden doorgegeven, een voor een, door een gat ter grootte van een nanometer in een membraan. Een gestage stroom van vloeistof en ionen stroomt door deze "nanoporie, " die groot genoeg is om slechts één tag tegelijk te bevatten. Omdat de polymeertags verschillende maten hebben, de verandering in elektrische stroom veroorzaakt door veranderde vloeistofstroom laat zien welke van de vier basen zich op elk punt op de DNA-streng bevindt.

Nanoporiën en hun interactie met polymeermoleculen zijn al lang een onderzoeksfocus van NIST-wetenschapper John Kasianowicz. Zijn groep werkte samen met een team onder leiding van Jingyue Ju, directeur van Columbia's Center for Genome Technology and Biomolecular Engineering, die op het idee kwam om DNA-bouwstenen te taggen voor sequentiebepaling van één molecuul door detectie van nanoporiën. Het vermogen om onderscheid te maken tussen de polymeertags werd aangetoond door Kasianowicz, zijn NIST-collega Joseph Robertson, en anderen. Columbia University heeft patenten aangevraagd voor de commercialisering van de technologie.

Kasianowicz schat dat de techniek een DNA-bouwsteen met extreem hoge nauwkeurigheid kan identificeren met een foutenpercentage van minder dan één op 500 miljoen, en de benodigde apparatuur zou binnen het bereik van elke medische zorgverlener zijn. "Het hart van de sequencer zou een operationele versterker zijn die veel minder dan $ 1 zou kosten, 000 voor een eenmalige aankoop, " hij zegt, "en de kosten van materialen en software zouden triviaal moeten zijn."

Kasianowicz voegt eraan toe dat een particulier bedrijf een groot aantal nanoporiën kan creëren die het genoom van een enkel individu kunnen analyseren, dat is opgeknipt in vele korte DNA-strengen. die elk snel kunnen worden gesequenced. Een dergelijke array zou mogelijk de goedkope sequencing kunnen bieden die nodig is voor routinematig medisch gebruik.