In een Natuurcommunicatie deze week gepubliceerde krant, IMEC, het toonaangevende onderzoeks- en innovatiecentrum op het gebied van nano-elektronica en digitale technologie, beschrijft een nieuw concept voor directe identificatie van enkele DNA-basen. De techniek heeft het potentieel om te detecteren, met een ongekende ruimtelijke resolutie en zonder enige etikettering, de genetische code, evenals epigenetische variaties in DNA. De combinatie van nanoporiënfluïdica en oppervlakteversterkte Raman-spectroscopie maakt het een uniek concept en een veelbelovend hulpmiddel voor evolutionaire biologen en voor onderzoek naar de ontwikkeling van ziekten.

Vandaag, direct, real-time identificatie van nucleobasen in DNA-strengen in nanoporiën wordt beperkt door de gevoeligheid en de ruimtelijke resolutie van gevestigde ionische detectiestrategieën. In aanvulling, gevestigde DNA-sequencing-technieken maken vaak gebruik van fluorescerende labeling, wat kostbaar en tijdrovend is. In zijn Nature Communications-paper, IMEC demonstreerde een veelbelovend alternatief op basis van optische spectroscopie, zonder etikettering en met het unieke vermogen om nucleobasen te identificeren, individueel, en opgenomen in een DNA-streng. De techniek is gebaseerd op nanofluidics om de DNA-streng door een gemanipuleerde plasmonische nanospleet te drijven, en oppervlakteversterkte Raman-spectroscopie om een ​​'vingerafdruk' te maken van de geadsorbeerde nucleobasen tot op het niveau van moleculaire bindingen. Het spectroscopische signaal wordt versterkt door zowel een gouden coating bovenop de nanospleet, en de gemanipuleerde vorm van de nanospleet.

"Het hier gerapporteerde resultaat is een belangrijke stap naar een oplossing voor snelle en directe sequencing tot op epigenetisch niveau, " verklaarde en Chang Chen, senior onderzoeker bij IMEC.

Het signaal dat door Raman-spectroscopie wordt gegenereerd, bevat veel informatie over de moleculen en de moleculaire bindingen. Niet alleen kan de DNA-code worden 'gelezen', maar ook basemodificaties zoals methylering, histonacetylering, en microRNA-modificatie, die meer gedetailleerde informatie bevatten over epigenetische variaties. Dergelijke variaties zijn belangrijk voor evolutionaire studies omdat ze de genexpressie in cellen beïnvloeden. Bovendien, het is aangetoond dat ze het ontstaan ​​en de ontwikkeling van ziekten zoals kanker beïnvloeden.

"We maken gebruik van onze expertise van wereldklasse op het gebied van chipontwerp en 300 mm Si-waferproductietechnologie en biolabfaciliteiten om oplossingen op maat te ontwikkelen voor de life sciences-industrie, " verklaarde Pol Van Dorpe, hoofd technische staf. "De oplossing die we hier beschrijven is slechts één voorbeeld van de technologieën waaraan we werken. Onze toolbox omvat kennis over nanoporiën, spectroscopie, fotonica, detectie van enkelvoudige moleculen en nanofluïdica die we gebruiken bij het ontwikkelen van oplossingen van de volgende generatie voor onze industriële partners in genomica en diagnostiek."