Een Noordoost-onderzoeksteam heeft nieuwe technologie ontwikkeld die DNA-sequencing optimaliseert met behulp van nanofysica en elektrische stromen. In een paper gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , Noordoost-hoogleraar biologische fysica Meni Wanunu, in samenwerking met Pacific Biosciences, een biotechnologiebedrijf met een focus op DNA-sequencing, ontwikkelde een methode voor het laden van DNA in sequencing-putjes met orden van grotere efficiëntie.

"Behalve dat het een markt van miljarden dollars per jaar is, DNA-sequencing is een manier waarop stapsgewijze verbeteringen in onderzoek, zoals de ontdekking van een nieuw gen, bijvoorbeeld, kan onmiddellijke klinische gevolgen hebben, ' zei Wanunu.

Ons menselijk DNA is een genoom dat bestaat uit 23 paar chromosomen, die uiteenvalt in zes miljard stukjes die allemaal samenkomen om elke persoon zijn unieke kenmerken en eigenschappen te geven. Hoewel we de mogelijkheid hebben om belangrijke delen van het genoom te sequensen, het vermogen om de hele reeks te kennen heeft het potentieel om enorme vooruitgang te boeken op het gebied van het begrijpen en voorspellen van ziekten, en nog belangrijker, geneeskunde te personaliseren.

"Direct, het samenvoegen van de hele reeks door middel van traditionele methoden is als het aan elkaar naaien van een gigantische puzzel, en het foutenpercentage kan zo enorm worden dat na de eerste paar honderd basen, de volgorde is wartaal, ", zei Wanunu. "Daarom is er een fundamentele limiet voor sequentiemethoden van de tweede generatie, waar we voorbij willen gaan."

Dit is de reden waarom de technologie is geëvolueerd om een ​​nieuwe methode voor het sequencen van DNA naar voren te brengen:single-molecule sequencing.

Pacific Biosciences heeft een optische technologie ontwikkeld voor DNA-sequencing van één molecuul die afhankelijk is van nano-wells. Deze putjes lokaliseren het sequencing-signaal en maken het mogelijk om sequencing van een enkel molecuul uit te voeren. Echter, de methoden die door het bedrijf worden gebruikt om het DNA in de putjes te laden, geven de voorkeur aan kortere DNA-moleculen, in plaats van langere.

Wanunu's lab heeft de putten opnieuw ontworpen om nanoporiën op hun basis op te nemen, waardoor ze grotere DNA-segmenten kunnen aantrekken met behulp van een elektrisch veld. Door simpelweg een spanning aan te leggen, de geladen DNA-moleculen komen efficiënt de putjes binnen, en langere DNA-moleculen krijgen de voorkeur boven kortere.

"Grote DNA-moleculen hebben slechts een klein duwtje nodig om in het sequencing-volume te komen, maar zodra we deze kracht toepassen, we kunnen gemakkelijk enorme monsterfragmenten vastleggen. Het systeem zal totaal nieuwe sequencing-experimenten mogelijk maken, " zei Joe Larkin, eerste auteur van dit artikel.

Om dit onderzoek verder te brengen, Wanunu en zijn lab werken aan het voorbereiden van deze technologie voor meer grootschalige toepassing, specifiek met apparatuur bij Pacific Biosciences. Het team test een poreus substraat om de metalen putten te vervangen die momenteel worden gebruikt om DNA aan te trekken en te sequencen. Terwijl ze doorgaan met dit onderzoek, Wanunu hoopt de fundamentele lengte van DNA waarvan de sequentie kan worden bepaald nog verder te vergroten.

"We willen graag een platform hebben, op een dag, die elk nucleïnezuurmolecuul in een enkele cel sequentieert, zonder de noodzaak om veel kopieën van deze moleculen te maken voorafgaand aan de sequentiebepaling, gewoon het oorspronkelijke DNA lezen, ' zei Wanunu.