De bewering dat nanoporiëntechnologie op het punt staat om DNA-analyse zo snel en goedkoop te maken dat het volledige genoom van een persoon in slechts enkele minuten kan worden gesequenced en tegen een fractie van de kosten van beschikbare commerciële methoden, heeft geleid tot een overweldigende academische, industrieel, en wereldwijde belangstelling. Maar een recensie van de natuurkundige Meni Wanunu van de Northeastern University, gepubliceerd in een speciale uitgave over nanopore-sequencing in Physics of Life beoordelingen , vraagt ​​zich af of de resterende technische hindernissen kunnen worden genomen om een ​​werkbare, gemakkelijk geproduceerd commercieel apparaat.

Eerder dit jaar heeft Oxford Nanopore Technologies, een van de baanbrekende bedrijven op het gebied van sequencing-ontdekkingen, aangekondigd dat ze verwachten dat sequencing van nanopore-strengen tegen 2014 een genoom van 15 minuten zal opleveren voor een bedrag van $ 1, 500. Dit staat ver af van de 10 miljoen dollar die het vijf jaar geleden kostte om een ​​volledig genoom te sequencen.

Sinds het idee van nanopore-sequencing voor het eerst werd voorgesteld in het midden van de jaren negentig, enorme vorderingen zijn gemaakt. Het basisidee is buitengewoon eenvoudig:een enkele draad DNA wordt door een klein gaatje ter grootte van een molecuul gevoerd - of nanoporie - en de verschillende DNA-basen worden op volgorde geïdentificeerd terwijl ze door de porie bewegen.

Maar volgens Wanunu, de realiteit van het manipuleren van technologie op basis van poriën die zo klein zijn dat 25, 000 van hen kunnen naast elkaar op een mensenhaar passen, is een ontmoedigende taak gebleken. De grootste uitdaging was om het proces te vertragen en de beweging van de DNA-streng door de porie te beheersen met een snelheid die langzaam genoeg is om individuele DNA-basen leesbaar en bruikbaar te maken. Een nieuwe benadering met behulp van enzymgestuurde beweging, ontwikkeld om dit probleem op te lossen, heeft zijn eigen nadelen, waaronder een slechte enzymactiviteit, wat resulteert in beperkte processiviteit en ongecontroleerde voorwaartse en achterwaartse beweging.

Een ander belangrijk dilemma was of eiwit- of vastestofporiën de meest veelbelovende techniek zijn. Aanvankelijk, natuurlijk voorkomende poreuze eiwitten werden onderzocht. Maar begin jaren 2000, aangekondigd als het aanbieden van betere mogelijkheden en flexibiliteit, verschillende solid-state nanoporiën gemaakt van silicium of grafeen werden getest. "Aangezien zowel in lipiden ingebedde eiwitkanalen als nanoporiën in vaste toestand nadelen hebben, het zal interessant zijn om te zien welk apparaat, of welke combinatie van apparaten, zal in de komende jaren beschikbaar zijn, indien van toepassing, ' zegt Wanunu.

Op dit moment zijn er nog veel hindernissen te overwinnen, hij voegt toe, inclusief het onvermogen van nanoporiën om spectroscopische informatie te verschaffen over de identiteit van een molecuul, onzekerheden over de vraag of translocatie plaatsvindt met een constante snelheid, en de complicaties van verstopping van de poriën.

Schrijven in een commentaar gepubliceerd in hetzelfde nummer, John Kasianowicz van het National Institute of Standards and Technology in de VS, een pionier op het gebied, is het ermee eens dat er nog veel uitdagingen blijven:"Er zijn inderdaad nog veel problemen die moeten worden aangepakt om praktische elektronische op nanoporiën gebaseerde meetapparatuur mogelijk te maken. door een beter begrip van de reeds ontwikkelde weg in dit ontluikende veld, de reis zal hopelijk een beetje minder ontmoedigend lijken, "

In een laatste commentaar op de recensie van Wanunu, de oprichter en directeur van Oxford Nanopore, Hagan Bayley, kijkt vooruit naar de toekomst:"Op de langere termijn door gebruik te maken van vastestofporiën... is het misschien mogelijk om DNA-sequenties te lezen in microseconden in plaats van milliseconden per base. Dit kan worden gedaan door gebruik te maken van tunnelstromen of andere kenmerken van de DNA-basen waarvoor grafeen - met zijn ongebruikelijke elektronische eigenschappen - na aanvullende ontwikkeling een superieur substraat zou kunnen bieden en daarmee een nieuwe enorme sprong voorwaarts zou kunnen maken bovenop een decennium van ongekende vooruitgang ."