(Phys.org) — Een in Cambridge ontwikkeld detectiesysteem wordt in het VK op de markt gebracht voor gebruik in snelle, goedkope DNA-sequencing, die de voorspelling en diagnose van ziekten efficiënter zou maken, en geïndividualiseerde behandeling betaalbaarder.

Dr. Ulrich Keyser van het Cavendish-laboratorium van de universiteit, samen met promovendus Nick Bell en andere collega's, heeft een systeem ontwikkeld dat een nanoporie in vaste toestand combineert met een techniek die bekend staat als DNA-origami, voor gebruik bij DNA-sequencing, eiwitdetectie en andere toepassingen. De technologie is in licentie gegeven voor ontwikkeling en commercialisering aan het in het VK gevestigde bedrijf Oxford Nanopore, die draagbare, goedkope apparaten voor DNA-analyse.

Nanopore-technologie heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de DNA-sequencing en de analyse van een reeks andere biologische moleculen, het verstrekken van dramatische verbeteringen in de macht, kosten en snelheid ten opzichte van de huidige methoden.

Een nanoporie is een extreem klein gaatje - tussen de één en 100 nanometer in diameter - dat zich doorgaans bevindt in een membraan tussen twee kamers die een zoutoplossing en het betreffende molecuul bevatten. Wanneer de moleculen door de nanoporiën gaan, ze verstoren een ionenstroom door de nanoporie en dit verschil in elektrische signalen stelt onderzoekers in staat om bepaalde eigenschappen van die moleculen te bepalen.

In het afgelopen decennium is onderzoekers hebben verschillende methoden onderzocht om nanoporiën te construeren om de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid te verbeteren. Een belangrijk onderdeel hiervan is het vermogen om de vorm en oppervlaktechemie van de nanoporiën nauwkeurig te regelen, die de gevoeligheid zou maximaliseren en de identificatie van een breder scala aan moleculen zou vergemakkelijken.

Momenteel, er zijn twee hoofdtypen nanoporiën in gebruik:solid state nanoporiën geconstrueerd door kleine gaatjes in silicium of grafeen te vervaardigen met elektronenstraalapparatuur; en biologische nanoporiën gemaakt door porievormende eiwitten in een biologisch membraan zoals een lipidedubbellaag in te voegen.

Biologische nanoporiën zijn goedkoop en eenvoudig te vervaardigen in grote hoeveelheden identieke poriën. Het is mogelijk door middel van genetische manipulatie om hun structuur op atomair niveau te definiëren, het variëren van de poriën voor de analyse van verschillende doelmoleculen. Echter, ze zijn slechts geschikt voor een beperkt aantal toepassingen, en kan na verloop van tijd worden vervangen door nanoporiën in vaste toestand. Momenteel, nanoporiën in vaste toestand zijn moeilijk te vervaardigen en zijn niet zo gevoelig als biologische nanoporiën, omdat het moeilijk is om specifieke chemische groepen op het oppervlak te plaatsen.

In samenwerking met onderzoekers van de Ludwig Maximilian Universiteit in München, Dr. Keyser en zijn team hebben een hybride nanoporie ontwikkeld die een vast materiaal, zoals silicium of grafeen, en DNA-origami - klein, goed gecontroleerde vormen gemaakt van DNA.

"De DNA-origamistructuren kunnen in elke vorm worden gevormd, waardoor een zeer nauwkeurige controle van de grootte en vorm van de porie mogelijk is, zodat alleen moleculen van een bepaalde vorm kunnen passeren, ", zegt Dr. Keyser. "Dit controleniveau maakt een veel gedetailleerdere analyse van het molecuul mogelijk, wat vooral belangrijk is voor toepassingen zoals fenotypering of gensequencing."

Omdat complementaire DNA-sequenties aan elkaar kunnen binden, de origami-structuren kunnen worden aangepast zodat functionele groepen, fluorescerende verbindingen en andere moleculaire adapters kunnen tot op de nanometer nauwkeurig aan de DNA-strengen worden toegevoegd, verbetering van de gevoeligheid en betrouwbaarheid. Aanvullend, honderden miljarden zelfassemblerende origami-structuren kunnen tegelijkertijd worden geproduceerd, met rendementen tot 90 procent.

Recent onderzoek door het team, gepubliceerd in het tijdschrift Lab op een chip , heeft aangetoond dat er tot 16 metingen tegelijk kunnen worden uitgevoerd, waardoor een veel hogere gegevensdoorvoer en screening van verschillende DNA-origamistructuren mogelijk is.