Nyt system til forbedring af DNA -sekventering

(Phys.org) - Et registreringssystem udviklet i Cambridge kommercialiseres i Storbritannien til hurtig brug, billig DNA-sekventering, hvilket ville gøre forudsigelse og diagnose af sygdomme mere effektiv, og individualiseret behandling mere overkommelig.

Dr. Ulrich Keyser fra University's Cavendish Laboratory, sammen med ph.d. -studerende Nick Bell og andre kolleger, har udviklet et system, der kombinerer en solid-state nanopore med en teknik kendt som DNA origami, til brug i DNA -sekventering, proteinføling og andre anvendelser. Teknologien er blevet licenseret til udvikling og kommercialisering til det britiske firma Oxford Nanopore, som udvikler bærbare, billige DNA-analyse sekventeringsenheder.

Nanopore -teknologien har potentiale til at revolutionere DNA -sekventering og analyse af en række andre biologiske molekyler, giver dramatiske forbedringer af magten, omkostninger og hastighed i forhold til nuværende metoder.

En nanopore er et ekstremt lille hul - mellem en og 100 nanometer i diameter - typisk indeholdt i en membran mellem to kamre, der indeholder en saltopløsning og et molekyle af interesse. Når molekylerne passerer gennem nanoporerne, de forstyrrer en ionisk strøm gennem nanoporen, og denne forskel i elektriske signaler gør det muligt for forskere at bestemme visse egenskaber ved disse molekyler.

I løbet af det sidste årti, forskere har undersøgt forskellige metoder til konstruktion af nanoporer for at forbedre nøjagtigheden og pålideligheden. En vigtig del af dette er evnen til fint at kontrollere nanoporernes form og overfladekemi, hvilket ville maksimere følsomheden og lette identifikationen af ​​et bredere spektrum af molekyler.

I øjeblikket, der er to hovedtyper af nanoporer i brug:solid state nanoporer konstrueret ved at fremstille små huller i silicium eller grafen med elektronstråleudstyr; og biologiske nanoporer fremstillet ved at indsætte poreformende proteiner i en biologisk membran, såsom et lipid-dobbeltlag.

Biologiske nanoporer er billige og lette at fremstille i store mængder af identiske porer. Det er muligt gennem genteknik at definere deres struktur på atomniveau, varierende porer til analyse af forskellige målmolekyler. Imidlertid, de er kun velegnede til et begrænset anvendelsesområde, og kan med tiden erstattes af nanoporer i fast tilstand. På nuværende tidspunkt, faststof-nanoporer er vanskelige at fremstille og er ikke så følsomme som biologiske nanoporer, da det er svært at placere specifikke kemiske grupper på overfladen.

I samarbejde med forskere ved Ludwig Maximilian University i München, Dr Keyser og hans team har udviklet en hybrid nanopore, der kombinerer et solid-state materiale, såsom silicium eller grafen, og DNA origami - lille, velkontrollerede former lavet af DNA.

"DNA -origami -strukturer kan formes til enhver form, muliggør meget nøjagtig kontrol af porens størrelse og form, så kun molekyler med en bestemt form kan passere igennem, "siger Dr Keyser." Dette kontrolniveau giver mulighed for langt mere detaljeret analyse af molekylet, hvilket er særligt vigtigt til applikationer såsom fænotyping eller gensekvensering. "

Da komplementære sekvenser af DNA kan binde til hinanden, origami -strukturer kan tilpasses, så funktionelle grupper, fluorescerende forbindelser og andre molekylære adaptere kan tilsættes til DNA-strengene med sub-nanometer præcision, forbedring af følsomhed og pålidelighed. Derudover hundredvis af milliarder af selvsamlende origami-strukturer kan produceres på samme tid, med udbytter på op til 90 pct.

Nylig forskning fra teamet, offentliggjort i tidsskriftet Lab on a Chip , har vist, at der kan foretages op til 16 målinger samtidigt, muliggør meget højere datagennemstrømning og screening af forskellige DNA origami -strukturer.