Op een dag, artsen kunnen op maat gemaakte medische behandelplannen maken op basis van het DNA van een patiënt, de oorzaak van de ziekte van een patiënt aanwijzen en ervoor zorgen dat de behandeling geen fatale allergische reactie veroorzaakt. Dankzij Technion Professor Amit Meller is fantasie een stap dichter bij realiteit

De sleutel tot het tot stand brengen van dit revolutionaire op DNA gebaseerde medicijn is de snelle en nauwkeurige decodering van het genoom van een patiënt. Een genoom is de unieke opeenvolging van speciale moleculen langs een DNA-keten die de machinerie van een cel vertelt welke eiwitten moeten worden geproduceerd, en wanneer. Die cruciale genoommoleculen worden "nucleobasen, " en staan ​​bekend als adenine, thymine, cytosine, en guanine (of A, T, C, en G, in het kort). Prof. Meller en zijn team ontwikkelden een manier om de As, Ts, Cs, en G's in het DNA van een persoon door een DNA-molecuul te dwingen door een klein gaatje te glippen - een "nanoporie" genoemd - in een kleine siliciumchip ter grootte van de kop van een spijker.
(Hoe klein is een nanoporie precies? Hij meet ergens tussen de 2 en 5 nanometer, of miljardsten van een meter, in diameter. In vergelijking, een mensenhaar meet 100 micrometer, of miljoensten van een meter, in diameter.)

De wetenschappers beginnen met het onderdompelen van de DNA-moleculen in een combinatie van water en elektrisch geladen zoutmoleculen. Terwijl het zoute water door de nanoporiën stroomt, het creëert een elektrische stroom. Wanneer een DNA-molecuul door de porie gaat, echter, de stroom wordt onderbroken. En, de hoeveelheid stroomstoring hangt af van welke A, T, C, of G zit in de porie.

Daarom, om de volgorde van nucleobasen te lezen, een wetenschapper moet gewoon uitvinden hoeveel elke base de elektrische stroom verstoort. Met die informatie, hij kon de opeenvolging van DNA-basen eenvoudig aflezen door de opeenvolging van elektrische verstoringen te loggen terwijl een DNA-molecuul erdoor ging. Er is een vangst, Hoewel. "Om dit te doen, elke basis moet lang genoeg in de porie blijven om heel duidelijk te maken hoeveel stroom het blokkeert, zodat men de nucleobase correct kan identificeren, " zegt prof. Meller.

Maar DNA beweegt meestal te snel door de nanoporiën voor Meller en zijn team om het te decoderen. Om het DNA te vertragen, ze schenen een groene laser - niet sterker dan laserpointers die in klaslokalen worden gebruikt - in de porie, waardoor het een negatieve elektrische lading kreeg. De nanoporie trok vervolgens de positief geladen kaliumatomen in het zoute water aan. Die atomen, samen met een deel van het water, verplaatst naar de porie, het creëren van een stroom die de beweging van het DNA blokkeerde. "Dus, die een sleepkracht op het DNA creëert, het vertragen zodat elke base langer in de nanoporiën blijft, " zegt prof. Meller.

Deze methode voor het uitlezen van DNA-sequenties is nog in laboratoriumontwikkeling. Maar Meller stelt zich een toekomst voor waarin de nanopore-chip kan worden ingebouwd in een draagbaar apparaat - ongeveer zo groot als een smartphone - dat rechtstreeks naar de patiënt kan worden gebracht.

Het Technion-onderzoeksteam werkte aan dit project samen met collega's van de Boston University. De resultaten van het team zijn gepubliceerd in de online editie van 3 november van Natuur Nanotechnologie .