Nanopores lover omkostningsbesparelser i gensekvensering

(Phys.org) - I de sidste fem år har næste generations gensekvensering har sænket omkostningerne ved at låse et enkelt genom op fra $ 10 millioner til $ 10, 000. Mens besparelserne er uden fortilfælde, der kan stadig gøres mere for at reducere omkostningerne endnu mere, en indsats, der ville muliggøre en lang række applikationer inden for medicinsk forskning og sundhedspleje.

Meni Wanunu, en adjunkt i fysik ved Northeastern University, siger, at hans arbejde med nanopore -sekventering repræsenterer en sådan indsats. Traditionelt set Wanunu har brugt nanoporer som en DNA -udlæsningsenhed, hvor en enkelt DNA -streng passerer gennem poren, hvilket forårsager små ændringer i det omgivende elektriske signal, der rapporterer om dets struktur.

Men nu gør han det modsatte:"Vi vil bruge nanoporen til at holde et molekyle fast i rummet, "Wanunu forklarer.

Støttet af en nylig $ 825, 000 tilskud fra National Institutes of Health, Wanunu vil anvende nanoporer til en anden sekventeringsteknologi, der læser nøjagtigt en DNA -streng ad gangen.

Pacific Biosciences, Wanunus bevillingspartner, har designet en sekventeringsenhed kaldet en SMRT-celle til enkeltmolekyle, realtidsanalyse. SMRT-celler har potentiale til at bringe gen-sekventeringsomkostninger ned på $ 100 pr. Genom, men de skal først overvinde nogle væsentlige forhindringer.

Hver aluminium SMRT -celle indeholder 150, 000 huller. Hvert hul er 100 nanometer bredt og skal indeholde en "polymerase, "et molekyle, hvis oprindelige ansvar i en levende celle er at replikere en DNA -sekvens, en nukleotidbase ad gangen. Polymeraser er naturens bedste DNA -sekvenserere, og SMRT -celler drager fordel af et molekyle med millioner af års udvikling bag sig.

Men ifølge Wanunu, kun omkring 37 procent af hullerne i en SMRT -celle kan teoretisk indeholde præcis en polymerase, fordi der ikke er nogen teknologi til at sætte præcis en polymerase i hvert hul. Selvom 100 nanometer kan virke små, en af ​​Wanunus nanoporer er 100 gange mindre.

Målet med forskningen, der støttes af det nye tilskud, er at matche hvert SMRT -cellehul med en enkelt nanopor. Sidder over nanoporen, hver polymerase vil blive knyttet til et anker under den, og dermed forhindre førstnævnte i at flyde væk.

Ved at sikre, at der er en enkelt polymerase i hvert hul, nanopore -tilgangen øger antallet af gensekvenser, der kan læses på én gang, forbedring af det samlede udbytte af SMRT -cellen. Derudover da nanoporer er så små, det er muligt at oprette en spændingsgradient på tværs af dem, driver ladede DNA -tråde mod hullerne, og dermed øge sequencerens følsomhed over for DNA -molekyler.

"Nichen her sekventerer native DNA, der ikke kan amplificeres, "Siger Wanunu. Epigenetiske markører, for eksempel, som sidder oven på vores gener og regulerer ekspression, går tabt, når DNA forstærkes - en standardproces i de fleste sekventeringsteknologier. Ved at læse DNA én streng ad gangen, derefter, SMRT -cellen ville ikke kun reducere omkostningerne, men ville også muliggøre en ny grænse inden for genomforskning.