DNA -bur kan forbedre nanopore -teknologien

På trods af at den har en diameter titusindvis af gange mindre end et menneskehår, nanoporer kunne være den næste store ting i DNA -sekventering. Ved at zippe DNA -molekyler gennem disse små huller, forskere håber på en dag at aflæse genetiske sekvenser på et øjeblik.

Nu, forskere fra Brown University har taget potentialet i nanopore -teknologi et skridt videre. De har kombineret en nanopore med et lille bur, der er i stand til at fange og holde en enkelt DNA -streng, efter at den er blevet trukket gennem poren. Mens han var i bur, biokemiske eksperimenter kan udføres på strengen, som derefter kan lynes tilbage gennem nanoporen for at se på, hvordan strengen har ændret sig.

"Vi ser dette som en meget interessant aktiveringsteknik, "sagde Derek Stein, lektor i fysik og teknik hos Brown, der hjalp med at udvikle teknologien med sine kandidatstuderende. "Det giver dig mulighed for første gang at se på det samme molekyle før og efter enhver form for kemisk reaktion, der kan have fundet sted."

Et papir, der beskriver enheden, er offentliggjort i Naturkommunikation .

Enheden ligner lidt en lille udhulet hockeypuck. På den ene flade side er en nanopore, og på den anden side er et noget større hul. Ved nedsænkning i en opløsning indeholdende DNA, en elektrisk strøm hen over nanoporen griber en enkelt streng og trækker den ind i det hule kammer. En gang der, strengen har en naturlig tendens til at krølle til en sammenfiltret bold. Den bold er for stor til at passe ud af hullet på den anden side, men det hul kan bruges til at introducere yderligere molekyler, der kan reagere med det fangede DNA. Når først en reaktion er sket, den elektriske strøm vendes og strengen sendes tilbage ud gennem poren, som kan lede efter ændringer i strengen.

"Det, vi har lavet, er dybest set et meget lille reagensglas, "sagde Xu Liu, der ledede arbejdet, mens han var kandidatstuderende på Brown. "Vi kan lave biokemi på den enkelte streng i det meget begrænsede rum."

Nøglen til teknologien, Liu sagde, gjorde det reagensglas lille, men ikke for lille. Hvis den var for lille, DNA'et ville ikke have nok plads til at krølle sammen, hvilket ville få det til at sprøjte hullet ud på toppen af ​​enheden. Ved hjælp af nogle teoretiske beregninger og lidt prøvelse og fejl, forskerne bosatte sig på et bur, der er omkring 1,5 mikrometer kvadratisk.

Liu testede derefter teknologien ved hjælp af det, der kaldes et restriktionsenzym, som skærer DNA -molekyler ved bestemte sekvenser. Efter at et intakt DNA -molekyle blev trukket gennem poren ind i buret, forskerne påførte enzymet gennem hullet i toppen af ​​enheden. Hvis alt gik som planlagt, enzymet skulle have skåret tråden i fire stykker. Da de trak molekylet tilbage gennem pore, de opdagede fire forskellige signaler, angiver, at eksperimentet havde fungeret som forventet.

Forskerne siger, at enheden kan bruges til alle former for eksperimenter med DNA. For eksempel, forskere bruger molekyler kaldet hybridiseringsprober til at lede efter specifikke sekvenser i et DNA -molekyle. Proberne binder sig til målsekvenser, skabe en bule i DNA -strengen, som en nanopore let kunne opdage.

"Der var altid et problem med at vide, hvordan DNA'et så ud, før sonden blev påført, "Sagde Stein." Dette er en måde at sikre, at du kan måle det samme molekyle, før der gøres noget ved det, og derefter efter. Det var ikke muligt før med nanoporer, fordi molekylet ville drive væk. "