Ondanks dat het een diameter heeft die tienduizenden keren kleiner is dan een mensenhaar, nanoporiën kunnen het volgende grote ding zijn in DNA-sequencing. Door DNA-moleculen door deze kleine gaatjes te ritsen, wetenschappers hopen op een dag genetische sequenties in een oogwenk af te lezen.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van Brown University hebben het potentieel van nanopore-technologie een stap verder gebracht. Ze hebben een nanoporie gecombineerd met een kleine kooi die een enkele DNA-streng kan vangen en vasthouden nadat deze door de porie is getrokken. terwijl gekooid, biochemische experimenten kunnen worden uitgevoerd op de streng, die vervolgens door de nanopore kan worden geritst om te kijken hoe de streng is veranderd.

"We zien dit als een zeer interessante activeringstechniek, " zei Dirk Stein, universitair hoofddocent natuurkunde en techniek bij Brown, die samen met zijn afgestudeerde studenten de technologie hielp ontwikkelen. "Het stelt je voor het eerst in staat om naar hetzelfde molecuul te kijken voor en na elke vorm van chemische reactie die mogelijk heeft plaatsgevonden."

Een paper waarin het apparaat wordt beschreven, is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Het toestel lijkt een beetje op een minuscule uitgeholde hockeypuck. Aan de ene platte kant zit een nanoporie, en aan de andere kant zit een wat groter gat. Wanneer ondergedompeld in een oplossing die DNA bevat, een elektrische stroom over de nanoporie grijpt een enkele streng en trekt deze de holle kamer in. Eenmaal daar, de streng heeft de natuurlijke neiging om in een verwarde bal te krullen. Die bal is te groot om uit het gat aan de andere kant te passen, maar dat gat kan worden gebruikt om extra moleculen in te brengen die kunnen reageren met het gevangen DNA. Zodra er een reactie is opgetreden, de elektrische stroom wordt omgekeerd en de streng wordt teruggestuurd door de porie, die kan zoeken naar veranderingen in de streng.

"Wat we hebben gemaakt is eigenlijk een heel klein reageerbuisje, " zei Xu Liu, die het werk leidde terwijl hij een afgestudeerde student aan Brown was. "We kunnen biochemie doen op de enkele streng in die zeer beperkte ruimte."

De sleutel tot de technologie, Liu zei, maakte die reageerbuis klein, maar niet te klein. Als het te klein zou zijn, het DNA zou niet genoeg ruimte hebben om op te krullen, waardoor het uit het gat aan de bovenkant van het apparaat zou spuiten. Met wat theoretische berekeningen en een beetje vallen en opstaan, de onderzoekers vestigden zich op een kooi van ongeveer 1,5 micrometer in het vierkant.

Liu testte vervolgens de technologie met behulp van wat een restrictie-enzym wordt genoemd, die DNA-moleculen op bepaalde sequenties knipt. Nadat een intact DNA-molecuul door de porie in de kooi was getrokken, de onderzoekers pasten het enzym toe via het gat in de bovenkant van het apparaat. Als alles volgens plan verliep, het enzym had de streng in vier stukken moeten knippen. Toen ze het molecuul door de porie terugtrokken, ze detecteerden vier verschillende signalen, wat aangeeft dat het experiment had gewerkt zoals verwacht.

De onderzoekers zeggen dat het apparaat voor allerlei experimenten met DNA kan worden gebruikt. Bijvoorbeeld, wetenschappers gebruiken moleculen die hybridisatieprobes worden genoemd om te zoeken naar specifieke sequenties in een DNA-molecuul. De probes binden aan doelsequenties, het creëren van een uitstulping in de DNA-streng die een nanoporie gemakkelijk zou kunnen detecteren.

"Er was altijd een probleem om te weten hoe het DNA eruit zag voordat de sonde werd aangebracht, Stein zei. "Dit is een manier om ervoor te zorgen dat je hetzelfde molecuul kunt meten voordat er iets aan wordt gedaan, en daarna. Dat was voorheen niet mogelijk met nanoporiën omdat het molecuul zou wegdrijven."