Biofysikstudier gør spændende fremskridt for fremtiden for DNA-sekventering

Et nordøstligt forskerhold har udviklet ny teknologi, der optimerer DNA-sekventering ved hjælp af nanofysik og elektriske strømme. I et blad udgivet i Natur nanoteknologi , Northeastern professor i biologisk fysik Meni Wanunu, i samarbejde med Pacific Biosciences, en bioteknologivirksomhed med fokus på DNA-sekventering, udviklet en metode til indlæsning af DNA i sekventeringsbrønde med størrelsesordener højere effektivitet.

"Udover at være et marked for flere milliarder dollar om året, DNA-sekventering er en vej, hvor trinvise forbedringer i forskning, som opdagelsen af ​​et nyt gen, for eksempel, kan have umiddelbare kliniske konsekvenser, " sagde Wanunu.

Vores menneskelige DNA er et genom sammensat af 23 par kromosomer, som opdeles i seks milliarder stykker, der alle samles for at give hver person deres unikke egenskaber og egenskaber. Mens vi har evnen til at sekventere vigtige dele af genomet, Evnen til at kende hele sekvensen har potentialet til at gøre store fremskridt inden for forståelse og forudsigelse af sygdomme, og endnu vigtigere, at personalisere medicin.

"Lige nu, At samle hele sekvensen ved hjælp af traditionelle metoder er som at sy et kæmpe puslespil sammen, og fejlraten kan blive så enorm, at efter de første par hundrede baser, sekvensen er volapyk, " sagde Wanunu. "Det er derfor, der er en grundlæggende grænse for andengenerations sekventeringsmetoder, som vi gerne vil forbi."

Det er grunden til, at teknologien har udviklet sig til at frembringe en ny metode til sekventering af DNA:enkeltmolekyle-sekventering.

Pacific Biosciences har udviklet en optisk teknologi til enkelt-molekyle DNA-sekventering, der er afhængig af nano-brønde. Disse brønde lokaliserer sekventeringssignalet og gør det muligt at udføre enkelt molekyle sekventering. Imidlertid, de metoder, virksomheden bruger til at indlæse DNA'et i brøndene, favoriserer kortere DNA-molekyler, frem for længere.

Wanunus laboratorium har redesignet brøndene til at inkorporere nanoporer ved deres baser, som giver dem mulighed for at tiltrække større segmenter af DNA ved hjælp af et elektrisk felt. Ved blot at påføre en spænding, de ladede DNA-molekyler kommer effektivt ind i brøndene, og længere DNA-molekyler bliver foretrukket frem for kortere.

"Store DNA-molekyler behøver kun et lille skub for at komme ind i sekventeringsvolumenet, men når vi først anvender denne kraft, vi kan nemt fange enorme prøvefragmenter. Systemet vil muliggøre helt nye sekventeringseksperimenter, " sagde Joe Larkin, første forfatter til dette papir.

For at fremme denne forskning, Wanunu og hans laboratorium arbejder på at forberede denne teknologi til mere storstilet brug, specifikt med udstyr hos Pacific Biosciences. Holdet tester et porøst substrat til at erstatte de metalbrønde, der i øjeblikket bruges til at tiltrække og sekventere DNA. Som de fortsætter i denne forskning, Wanunu håber på endnu yderligere at øge den fundamentale længde af DNA, der kan sekventeres.

"Vi vil gerne have en platform, en skønne dag, der sekvenserer hvert nukleinsyremolekyle i en enkelt celle, uden behov for at lave mange kopier af disse molekyler før sekventering, bare at læse det oprindelige DNA, " sagde Wanunu.