Nanoporer kunne kortlægge små ændringer i DNA, der signalerer store skift i kræft

tidlig opdagelse af kræft, ligesom ændringer begynder i DNA, kunne forbedre diagnosticering og behandling samt fremme vores forståelse af sygdommen. En ny undersøgelse fra University of Illinois forskere beskriver en metode til at opdage, tælle og kortlægge små tilføjelser til DNA kaldet methyleringer, som kan være et advarselstegn på kræft, med hidtil uset opløsning.

Metoden fører DNA-strenge gennem et lille hul, kaldet en nanopore, i et atomisk tyndt ark materiale med en elektrisk strøm, der løber igennem det. Undersøgelsen blev offentliggjort i det første nummer af tidsskriftet npj 2D materialer og applikationer , et nyt tidsskrift fra Nature Press.

"En eller nogle få methyleringer er ikke en big deal, men hvis der er mange af dem, og de er pakket tæt sammen, så er det slemt, " sagde studieleder Jean-Pierre Leburton, en professor i elektro- og computerteknik ved Illinois. "DNA-methylering er faktisk en startproces for kræft. Så vi vil gerne opdage, hvor mange af dem, der er, og hvor tæt de er sammen. Det kan fortælle os, i hvilket stadium kræften er."

Andre forsøg på at bruge nanoporer til at detektere methylering har været begrænset i opløsning. Forskere begynder med at slå et lille hul i et fladt ark materiale, der kun er et atom eller et molekyle tykt. Poren nedsænkes i en saltopløsning, og der tilføres en elektrisk strøm til at drive DNA-molekylet gennem poren. Dykker i den nuværende alarmerende forskere, at en methylgruppe passerer igennem. Imidlertid, når to eller tre er tæt på hinanden, poren fortolker det som ét signal, sagde Leburton.

Illinois-gruppen prøvede en lidt anden tilgang. De påførte en strøm direkte til den ledende plade, der omgiver poren. Samarbejde med Klaus Schulten, professor i fysik ved Illinois, Leburtons gruppe ved Illinois' Beckman Institute for Advanced Science and Technology brugte avancerede computersimuleringer til at teste påføring af strøm til forskellige flade materialer, såsom grafen og molybdændisulfid, som methyleret DNA blev trådt igennem.

"Vores simuleringer indikerer, at måling af strømmen gennem membranen i stedet for kun løsningen omkring den er meget mere præcis, " sagde Leburton. "Hvis du har to methyleringer tæt på hinanden, selv kun 10 basepar væk, du fortsætter med at se to fald og ingen overlapning. Vi kan også kortlægge, hvor de er på stranden, så vi kan se, hvor mange der er, og hvor de er."

Leburtons gruppe arbejder med samarbejdspartnere for at forbedre DNA-trådning, at skære ned på støjen i det elektriske signal og at udføre eksperimenter for at verificere deres simuleringer.