Новости химической науки > Разработан быстрый и дешевый метод анализа ДНК

Специалисты из Университета Бостона разработали метод подготовки образца ДНК к секвенированию генома, который быстрее и точнее существующих. Помимо этого новый метод позволяет значительно уменьшить количество ДНК, необходимое для анализа и избавиться от дорогого и длительного этапа амплификации ДНК.

Исследователи под руководством Амита Меллера используют электрическое поле для эффективного «протаскивания» длинных нитей ДНК через наноразмерные поры, существенно сокращая количество копий ДНК, необходимых для высокоточного анализа. (Рисунок из Nature Nanotechnology, 2009; doi:10.1038/nnano.2009.379)

Исследовательская группа Амита Меллера (Amit Meller) сообщает о революционной работе по детектированию молекул ДНК, проходящих через нанопоры в кремнии. Для продавливания длинных нитей ДНК через поры (ширина которых составляет около 4 нм) исследователи используют электрическое поле. Измерения позволяют фиксировать прохождение через нанопору единичной молекулы нуклеиновой кислоты.

Меллер отмечает, что результаты исследования демонстрируют возможность определения и анализа меньших количеств ДНК, чем это было возможно до настоящего времени. Он добавляет, что секвенирование или профилирование генома с помощью нанопор позволит уменьшить количества ДНК, необходимые для анализа.

В настоящее время перед секвенированием ДНК необходимо провести амплификацию нуклеиновой кислоты для получения миллиардов копий, необходимых для процедуры расшифровки последовательности пар азотистых оснований. Помимо того, что для амплификации требуется дополнительное время и ресурсы, процесс амплификации может приводить к искажению структуры продуктов копирования нуклеиновой кислоты.

В группе Меллера было решено использовать электрические поля, локализованные около «исходящих отверстий» нанопор для воздействия на длинные отрицательно заряженные нити ДНК и протаскивания их через нанопоры, после прохождения которых молекула ДНК может быть изучена подробнее. Такой подход позволяет использовать меньшее количество копий ДНК для дальнейшего анализа.

Для разработки нового метода исследователи изучили электрофизические явления, протекающие на наноуровне, на котором невозможно полноценно пользоваться принципами макроскопической физики. В процессе исследования неожиданно было обнаружено, что нити ДНК с большей длиной проходят через поры с большей скоростью. Это обстоятельство позволяет говорить о том, что система из нанопор может быть оптимизирована для детектирования длинных нитей ДНК, состоящих из десятков тысяч и даже большего количества пар азотистых оснований. Это обстоятельство может привести к существенному ускорению процедуры анализа генома, позволяя непосредственно анализировать длинные цепи ДНК, вместо того чтобы нарезать их и восстанавливать их структуру по фрагментам коротких отрезков.

Меллер добавляет, что существующие технологии амплификации ДНК ограничивают размеры анализируемой ДНК тысячей пар оснований. Поскольку новый метод позволяет избавиться от процедуры амплификации, он не только снижает стоимость, временные затраты и уровень ошибок, характерные для анализа ДНК прежними методами, но и позволяет изучать нити ДНК, гораздо более длинные, чем возможно вследствие ограничений, характерных для существующих методов.

Исследователи не остановились на достигнутом, продолжив модифицировать разработанную методику. Для изменения параметров электрического поля около пор они применили градиенты концентрации солей, которые позволили ускорить время захвата молекул ДНК полем, таким образом, способствуя более быстрому их прохождению через нанопоры и уменьшению количества ДНК, необходимых для точных измерений.

Источник: Nature Nanotechnology, 2009; doi:10.1038/nnano.2009.379

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #нанотехнологии, #физическая химия