Forbedret afkodning af DNA til tilpassede medicinske behandlinger

En dag, læger vil være i stand til at oprette tilpassede medicinske behandlingsplaner baseret på en patients DNA, at finde roden til en patients sygdom og sikre, at behandlingen ikke vil forårsage en dødelig allergisk reaktion. Takket være Technion Professor Amit Meller er fantasy et skridt tættere på at være en realitet

Nøglen til at skabe denne revolutionerende DNA-baserede medicin er den hurtige og nøjagtige afkodning af en patients genom. Et genom er den unikke sekvens af specielle molekyler langs en kæde af DNA, der fortæller en celles maskineri, hvilke proteiner de skal producere, og når. Disse afgørende genommolekyler kaldes "nukleobaser, "og er kendt som adenin, thymin, cytosin, og guanin (eller A, T, C, og G, for kort). Prof. Meller og hans team udviklede en måde at optage As, Ts, Cs, og G'er i en persons DNA ved at tvinge et DNA-molekyle til at glide gennem et lille hul - kaldet en "nanopore" - i en lille siliciumchip på størrelse med et sømhoved.
(Hvor lille er en nanopore? Den måler et sted mellem 2 og 5 nanometer, eller milliardtedele af en meter, i diameter. Sammenlignet med, et menneskehår måler 100 mikrometer, eller milliontedele af en meter, i diameter.)

Forskerne begynder med at dyppe DNA-molekylerne i en kombination af vand og elektrisk ladede saltmolekyler. Når saltvandet strømmer gennem nanoporen, det skaber en elektrisk strøm. Når et DNA-molekyle passerer gennem poren, imidlertid, strømmen er afbrudt. Og, mængden af ​​strømafbrydelse afhænger af hvilken A, T, C, eller G er i poren.

Derfor, at læse sekvensen af ​​nukleobaser, en videnskabsmand skal simpelthen finde ud af, hvor meget hver base forstyrrer den elektriske strøm. Med den information, han kunne læse sekvensen af ​​DNA-baser blot ved at logge sekvensen af ​​elektriske forstyrrelser, som et DNA-molekyle passerede igennem. Der er en fangst, selvom. "At gøre dette, hver base skal forblive i poren længe nok til at gøre det meget klart, hvor meget strøm den blokerer, så man kan identificere nukleobasen korrekt, " siger prof. Meller.

Men DNA bevæger sig normalt for hurtigt gennem nanoporerne til, at Meller og hans team kan afkode det. For at bremse DNA'et, de lyste en grøn laser – ikke stærkere end laserpointere brugt i klasseværelser – ved poren, hvilket gav den en negativ elektrisk ladning. Nanoporen tiltrak derefter de positivt ladede kaliumatomer i saltvandet. De atomer, sammen med noget af vandet, bevæget sig mod poren, skabe et flow, der blokerede bevægelsen af ​​DNA'et. "Så, der skaber en trækkraft på DNA'et, bremse det, så hver base placeres i nanoporen længere, " siger prof. Meller.

Denne metode til aflæsning af DNA-sekvenser er stadig under laboratorieudvikling. Men Meller forestiller sig en fremtid, hvor nanopore-chippen kan indbygges i en bærbar enhed - på størrelse med en smartphone - der kan bringes direkte til patienten.

Forskerholdet fra Technion samarbejdede med kolleger ved Boston University om dette projekt. Holdets resultater blev offentliggjort i den 3. november online-udgave af Natur nanoteknologi .