Новый метод секвенирования ДНК обещает революцию в генной инженерии

16-08-2012

Новый метод секвенирования ДНК обещает революцию в генной инженерии
Исследователи из Института штата Вашингтон (University of Washington) под управлением доктора физики Йенса Гундлаха (Jens Gundlach) разработали датчик, позволяющий стремительно и дешево определять генетический код по изменению уровня тока при пропускании цепи ДНК через нанопору.Работа, обещающая революционные конфигурации в процедуре секвенирования геномов, размещена в последнем номере Nature Biotechnology.

Эти параметры позволяют успешно определять нуклеотидную последовательность ДНК, причём намного быстрее, чем в применяемых ныне методах секвенирования.
Работа американских учёных открывает перспективы фантастического ускорения и удешевления процедуры определения генетических последовательностей, что позволит уже в ближайшем будущем секвенировать геном каждого человека, также определения изменений ДНК в реальном времени при конкретных заболеваниях.

Это многократно ускорит и увеличит возможности генной инженерии – от создания совершенно новых, не существующих в природе видов до полного излечения наследственных заболеваний и победы над смертью.
Как было установлено исследованиями последних лет, такие изменения, называемые эпигенетическими модификациями, обеспечивают передачу большого потока наследственной информации в дополнение к кодируемому последовательностью четырёх нуклеотидов и способны вызывать некоторые болезни, а именно рак, диабет и пагубные зависимости.

Новый датчик позволит своевременно выявить предрасположенность к этим заболеваниям.
Этот компонент обеспечил равномерное и с подходящей скоростью протаскивание ДНК через канал, как делает это при репликации ДНК (постройке комплиментарной цепи ДНК на матрице имеющейся).

«Мы дополнили разработанные нами белковые нанопоры мотором, который способен провести молекулу ДНК сквозь нанопору», – говорит профессор Гундлах. Такой двигатель впервые был использован исследователями из Университета Калифорнии в Санта-Крус (University of California at Santa Cruz), но применявшийся ими ионный канал был слишком широким для того, чтобы надёжно различать типы нуклеотидов по изменениям ионного тока.

В статье в Nature Biotechnology учёные сообщают об успешной демонстрации новой технологии с использованием шести различных цепочек ДНК длиной от 42 до 53 нуклеотидов. ДНК-полимеразный мотор обеспечивает прохождение через пору каждого нуклеотида цепи ДНК в среднем за 28 мс.

Изменение тока ионов через канал при прохождении нуклеотида составляет до 40 пА и достоверно отличается для каждого из четырёх типов составляющих наследственную молекулу нуклеотидов.Мысль определять последовательность нуклеотидов в ДНК, измеряя конфигурации ионного тока, создаваемые каждым нуклеотидом при поочередном прохождении одножзцепочечной макромолекулы через ионный канал (нанопору), дискуссировалась посреди молекулярных биологов и биофизиков издавна. Но рабочую систему такового типа удалось сделать только на данный момент.

Ранее группа Гундлаха экспериментировала с протаскиванием ДНК через ионный канал мутантной формы порина A – 1-го из мембранных белков-каналов бактерии Mycobacterium smegmatis (MspA).Работа финансировалась Национальным научно-исследовательским институтом генома человека (National Human Genome Research Institute) в рамках программы поиска технологии, позволяющей осуществлять отдельные секвенирования менее чем за 1000 долларов. По словам профессора Гундлаха, до сего времени стоимость одного исследования измерялась сотнями тысяч долларов, но с новой технологией его можно будет провести всего за 10 долларов и 15 минут.

Кроме того, разработанный метод секвенирования позволит решить ещё одну важнейшую задачу, стоящую перед современной молекулярной биологией: быстрое определение паттернов метилирования и других химических модификаций нуклеотидов в организме. Маленькая разность потенциалов в аква растворе хлорида калия по различные стороны мембраны проталкивает ионы через пронизывающую её нанопору.

При вхождении в ионный канал молекула ДНК отчасти перекрывает поток ионов, и по величине уменьшения тока просто осознать, какой конкретно из четырёх типов нуклеотидов – аденин, гуанин, тимин либо цитозин – проходит на этот момент через нанопору.
Но неувязка состояла в пропускании цепи ДНК через канал с более-менее неизменной скоростью – довольно стремительно для того, чтоб таковой способ секвенирования имел смысл, но при всем этом чтоб ионный ток успевал поменяться и эти конфигурации можно было зафиксировать при помощи современной электрической аппаратуры.
Решить эту непростую задачку удалось, присоединив к порину ДНК-полимеразу фага (бактериального вируса) Φ29 – генетического паразита микробов Bacillus subtilis.Медицина 2.0 (www.med2.ru)

Читайте также: