Lille læser gør hurtigt, billig DNA -sekventering mulig

Forskere har udtænkt en nanoskala -sensor til elektronisk at læse sekvensen af ​​et enkelt DNA -molekyle, en teknik, der er hurtig og billig og kunne gøre DNA -sekventering bredt tilgængelig.

Teknikken kan føre til overkommelig personlig medicin, potentielt afslørende dispositioner for lidelser som kræft, diabetes eller afhængighed.

"Der er en klar vej til en brugbar, let produceret sekventeringsplatform, "sagde Jens Gundlach, en fysikprofessor fra University of Washington, der leder forskergruppen. "Vi udvidede et protein -nanopor, vi udviklede til dette formål med en molekylær motor, der bevæger en DNA -streng gennem poren et nukleotid ad gangen."

Forskerne har tidligere rapporteret om at oprette nanoporen ved genetisk at manipulere en proteinpor fra en mycobacterium. Nanoporen, fra Mycobacterium smegmatis porin A, har en åbning på 1 milliardedel af en meter, lige stor nok til at en enkelt DNA -streng kan passere igennem.

For at få det til at fungere som læser, nanoporen blev placeret i en membran omgivet af kaliumchloridopløsning, med en lille spænding påført for at skabe en ionstrøm, der strømmer gennem nanoporen. Den elektriske signatur ændres afhængigt af typen af ​​nukleotid, der bevæger sig gennem nanoporen. Hver type DNA -nukleotid - cytosin, guanine, adenin og thymin - producerer en karakteristisk signatur.

Forskerne knyttet en molekylær motor, taget fra et enzym forbundet med replikation af en virus, at trække DNA -strengen gennem nanopore -læseren. Motoren blev først brugt i en lignende indsats af forskere ved University of California, Santa Cruz, men de brugte en anden pore, der ikke kunne skelne mellem de forskellige nukleotidtyper.

Gundlach er den tilsvarende forfatter til et papir udgivet online den 25. marts af Naturbioteknologi der rapporterer om en vellykket demonstration af den nye teknik ved hjælp af seks forskellige DNA -strenge. Resultaterne svarede til den allerede kendte DNA -sekvens af strengene, som havde læsbare områder 42 til 53 nukleotider lange.

"Motoren trækker tråden gennem poren med en håndterbar hastighed på snesevis af millisekunder pr. Nukleotid, som er langsom nok til at kunne aflæse det aktuelle signal, "Sagde Gundlach.

Gundlach sagde, at nanopore -teknikken også kan bruges til at identificere, hvordan DNA ændres i et givet individ. Sådanne ændringer, kaldet epigenetiske DNA -modifikationer, finder sted som kemiske reaktioner i celler og er underliggende årsager til forskellige tilstande.

"Epigenetiske ændringer er temmelig vigtige for ting som kræft, "sagde han. At være i stand til at levere DNA -sekventering, der kan identificere epigenetiske ændringer" er en af ​​charmen ved nanoporesekventeringsmetoden. "

Medforfattere af Naturbioteknologi papir er Elizabeth Manrao, Ian Derrington, Andrew Laszlo, Kyle Langford, Matthew Hopper og Nathaniel Gillgren fra UW, og Mikhail Pavlenok og Michael Niederweis fra University of Alabama i Birmingham.

Arbejdet blev finansieret af National Human Genome Research Institute i et program designet til at finde en måde at udføre individuel DNA -sekventering for mindre end $ 1, 000. Da programmet startede, Gundlach sagde, omkostningerne ved en sådan sekventering var sandsynligvis i hundredtusindvis af dollars, men "med teknikker som denne kan det komme ned på et genomprojekt på 10 dollar eller 15 minutter. Det går hurtigt."