Low-Cost- DNA - Decodierungstechnologie tritt näher mit Nanopore Voraus

Sequenzierungstechnik ist sehr vielversprechend als ein Werkzeug für die Diagnose von Krankheitserregern und Identifizieren von Gewebe aus der DNA , die sie enthalten . Wenn die anspruchsvollen technologischen Barrieren überwunden werden können , dann werden wir eines Tages Handheld-Geräte , die sich schnell identifizieren können DNA-Sequenzen aus Gewebeproben und der Umwelt zu sehen .

Dies ist die Ansicht von einem Team von der University of Washington (UW) in Seattle , die eine Technik, die " Nanoporen- DNA-Sequenzierung " , die einen wesentlichen technologischen Barriere für die Förderung Sequenzierungstechnologie überwindet entwickelt hat. Die Forscher beschreiben ihre neue Technik in einem Papier in der Zeitschrift Nature Biotechnology veröffentlicht .

Der Projektleiter ist Jen Gundlach, ein UW Professor der Physik . Lead-Autor Andrew Laszlo , ein Doktorand in Prof. Gundlach Labor , sagt einer der Gründe, Wissenschaftler begeistern Nanopore DNA-Sequenzierung ist sie glauben, es könnte eines Tages zu medizinischen Scannern erinnert an von Sternenflottenpersonal in der verwendeten Multifunktions " Tricorder " Handheld fiktiven Star Trek Universum zu schnell Krankheitserreger zu erkennen und zu diagnostizieren genetischen Störungen auf der Stelle.

Schlüsselschritt ist Fähigkeit, lange DNA-Sequenzen zu identifizieren

Neue Nanopore -basierten Technik der UW Team ist wichtig, weil die meisten der aktuellen Technologie in Gen-Sequenzierung verwendet werden, können nur mit kurzen DNA-Sequenzen zu arbeiten - in der Regel Snippets von nicht mehr als 50 bis 100 der vier Nukleotide oder "Buchstaben" , die das machen, genetischen Code , nämlich die Moleküle Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin . Außerdem müssen sie durch große Sequenzierungsgerätenin einem Labor verarbeitet werden , und es kann Tage oder Wochen dauern , bis das Ergebnis bereit .

Aber Nanopore Technologie verspricht , dies zu verwandeln und stellen DNA-Sequenzierung Technologie billiger und schneller , und - jetzt mit dem Schritt der UW -Team übernommen hat - auch in der Lage, mit mehr DNA-Sequenzen umzugehen.

Die Technik nutzt eine natürliche Erscheinung in Bakterien, deren Membranen enthalten winzige tunnelartigen Strukturen , die sie um den Fluss von Nährstoffen in die und aus den Zellen steuern können gefunden.

Nanopore hat Öffnung gerade groß genug für DNA-Einzelstrang durchlassen

Für ihre Studie verwendeten die UW -Team einen genetisch veränderten Bakterien Poren , die einen Durchmesser von etwa einem Nanometer hat - oder 1 Milliardstel Meter - an seiner engsten Stelle , daher der Begriff " Nanoporen . " Eine solche Öffnung ist gerade groß genug, um ein DNA-Einzelstrang durch zu einem Zeitpunkt übergeben , ein Nukleotid .


Illustration einer Nanopore von einem genetisch veränderten Bakterienmembran Kanal abgeleitet eingesetzt, um DNA zu sequenzieren.
Bildnachweis : Ian Derrington

Ein DNA Nanopore Ablaufkette einen Nanopore Kanal zwischen zwei Salzlösungen , die mit Hilfe der Spannung an es angelegt wird, zwingt Ionen durch den Kanal passieren . Der resultierende elektrische Strom kann dann gemessen werden . Aber wenn ein Strang der DNA durch den Kanal gelangt , ändert sich die aktuelle durch die Störung der glatten Strömung der Ionen. Die Menge der Interferenz hängt von welchem ​​der vier Nucleotide in der Nanopore zu der Zeit.

Eine solche Technologie wurde zum ersten Mal vor 20 Jahren vorgeschlagen , und die Wissenschaftler hoffte, es würde schnell zu einer schnelleren , kostengünstigere Alternative zu Gensequenzierung führen . Aber ihre Bemühungen um eine solche heilige Gral zu erreichen wurden mit Problemen geplagt - meist mit präzise Identifizierung der Nukleotide tun, wie sie durch die Nanopore übergeben. Manchmal ist ein Nukleotid verpasst oder mehr als einmal gelesen , wodurch eine ungenaue Auslesen einer DNA-Sequenz.

Aber der UW -Team fand einen Weg , um das Problem zu umgehen. Ihre Lösung war in zwei Teile. Der erste Teil war , um die elektronische Signatur zu erkennen - das einzigartige Muster der Änderungen des elektrischen Stroms in der Nanopore - erzeugt wird, wenn jede der 256 verschiedene Kombinationen der vier Nukleotide durch die Nanopore geleitet.

Der zweite Teil , die elektronischen Signaturen generiert, wenn ein DNA-Segment durch die Nanopore mit denen von bekannten DNA- Sequenzen von Genen und Genomen in einer Datenbank gespeicherten erwarteten geben lassen. Eine Übereinstimmung würde zeigen, dass die bestimmte DNA-Sequenz , die durch die Nanopore war in der Nähe oder gleich einem in der Datenbank .

Erstmals Nanoporen haben interpretierbar Unterschriften von langen DNA-Sequenzen erzeugt

Sie testeten ihre Methode unter Verwendung der Nanoporen Sequenzer , den genetischen Code eines Bakterien - infizierenden Virus genannt Bakteriophagen Phi X 174 , die häufig verwendet wird, um neue Genom Sequenzer testen zu lesen. Sie fanden ihre Nanopore System war in der Lage zuverlässig zu Sequenzen , solange 4.500 Nukleotide vom Virus " genetischen Code zu lesen.

Co-Autor Jay Shendure , UW Professor für Genom-Wissenschaften , der die Leistung als beschrieben, " ein großer Schritt nach vorn ", so ist es die " erste Mal, dass jemand hat gezeigt, dass Nanoporen können verwendet werden, um interpretierbare Signaturen entsprechend sehr langen DNA-Sequenzen zu erzeugen aus der realen Welt Genome. "

Weil es an passenden Mustern zu bekannten Sequenzen beruht , kann die Technologie nur dann verwendet werden , um bereits sequenzierten Genen und Genomen zu identifizieren - es kann nicht erkennen neu entdeckten diejenigen , aber das Team ist zuversichtlich, dass es nur eine Frage der Zeit, bis eine neue Version kann dies zu tun ist .

Mittel aus dem National Institutes of Health , National Human Genome Research Institute und der National Science Foundation half Finanzierung beteiligen können.

Unterdessen im Juli 2013 erfuhr Medical News Today , wie Forscher in der Schweiz entwickelt ein Schnelltest für die Bakterien unter Verwendung von Nanogröße " Stimmgabeln " das könnte die Zeitspanne für die Ermittlung der Ursache von bakteriellen Infektionen auf Minuten statt Tagen geschnitten. Ein solcher Test könnte Leben , indem Sie sicherstellen Patienten zu retten mit schweren Infektionen bekommen das Recht Antibiotikum sofort.