Ingeniører samarbejder om billig DNA -sekventeringsmetode

(Phys.org) - Hurtig, nøjagtig genetisk sekventering snart kan være inden for rækkevidde af enhver læge, hvis nyere forskning fra National Institute of Standards and Technology (NIST) og Columbia University's School of Engineering and Applied Science kan kommercialiseres effektivt. Teamet har vist en potentielt lav pris, pålidelig måde at opnå de komplette DNA-sekvenser af ethvert individ ved hjælp af en slags molekylær ticker-båndlæser, muliggør let påvisning af sygdomsmarkører i en patients DNA.

Selvom sekventering af en dyrearts genom for første gang er så almindelig, at den næsten ikke laver nyheder mere, det er mindre kendt, at sekventering af et enkelt individs DNA er en dyr affære, koster mange tusinde dollars ved hjælp af nutidens teknologi. Et individs genom bærer markører, der på forhånd kan advare om risiko for sygdom, men du har brug for en hurtig, pålidelig og økonomisk måde at sekvensere hver patients gener til at udnytte dem fuldt ud. Lige så vigtigt er behovet for løbende at sekvensere et individs DNA over hans eller hendes levetid, fordi den genetiske kode kan ændres af mange faktorer.

Den nye metode bestemmer DNA -sekvenser ved at vedhæfte særskilte molekylære "tags" til hver af de fire kemiske byggesten, eller "baser, "der omfatter den genetiske information i en DNA -streng - forkortet A, G, C og T. Hver af disse polymermærker kan derefter skæres fra strengen og passeres, en efter en, gennem et hul i en nanometer-størrelse i en membran. En jævn strøm af væske og ioner strømmer gennem denne "nanopore, "som er stor nok til kun at indeholde et mærke ad gangen. Da polymermærkerne har forskellige størrelser, ændringen i elektrisk strøm forårsaget af ændret væskestrøm viser, hvilken af ​​de fire baser, der sidder på hvert punkt på DNA -strengen.

Nanoporer og deres interaktion med polymermolekyler har længe været et forskningsfokus for NIST -forskeren John Kasianowicz. Hans gruppe samarbejdede med et team ledet af Jingyue Ju, direktør for Columbia's Center for Genome Technology and Biomolecular Engineering, som kom på ideen til mærkning af DNA -byggesten til enkeltmolekylsekventering ved nanopore -detektion. Evnen til at skelne mellem polymermærkerne blev demonstreret af Kasianowicz, hans NIST -kollega Joseph Robertson, og andre. Columbia University har ansøgt om patenter til kommercialisering af teknologien.

Kasianowicz vurderer, at teknikken kunne identificere en DNA -byggesten med ekstremt høj nøjagtighed med en fejlprocent på mindre end en ud af 500 millioner, og det nødvendige udstyr ville være inden for rækkevidde af enhver læge. "Hjertet i sequencer ville være en operationsforstærker, der ville koste meget mindre end $ 1, 000 for et engangskøb, " han siger, "og omkostningerne ved materialer og software skal være trivielle."

Kasianowicz tilføjer, at en privat virksomhed kan oprette et stort udvalg af nanoporer, der kan analysere et enkelt individs genom skåret i mange korte DNA -strenge, hver af dem kunne hurtigt sekventeres. Et sådant array kunne potentielt give den billige sekventering, der er nødvendig til rutinemæssig medicinsk brug.