Ученые разработали новою технологию определения последовательности ДНК при помощи нанопор, которая потенциально способна сильно увеличить скорость и уменьшить стоимость этой процедуры. Работа опубликована в журнале Scientific Reports, а ее краткое содержание приводится на сайте Колумбийского университета.
Определение последовательности ДНК происходит в микроскопической камере, разделенной с помощью мембраны на две части. В мембране имеется нанопора - отверстие, через которое могут проходить ионы, создавая электрический ток. Одноцепочечная молекула нуклеиновой кислоты помещается в ту часть камеры, где в непосредственной близости от нанопоры закреплен фермент - ДНК-полимераза. Он умеет достраивать вторую цепь одноцепочечной ДНК. При этом полимераза использует нуклеотиды - "бусины", из которых состоит цепь нуклеиновой кислоты.
Когда нуклеотид участвует в реакции, он распадается на две части: основная часть становится звеном на синтезирующейся ДНК, а вторая под действием тока попадает в нанопору. Определение последовательности основано на том, что нуклеотиды, используемые для синтеза ДНК, не обыкновенные, а специальным образом химически модифицированные. Причем каждый из нуклеотидов - A,T,G и C модифицирован по-своему.
Попадая в нанопору, они "затыкают" ее отверстие и не дают проходить другим ионам. Ток между разделенными мембранной частями камеры резко падает. Глубина и длительность этого падения определяется размерами и зарядом тех химических модификаций, которые ученые ввели в разные нуклеотиды. Записывая изменения силы тока между частями камеры, можно установить, какие нуклеотиды проходили сквозь нанопору и, соответственно, какова их последовательность на матричной ДНК.
Разработанная технология потенциально позволяет определять последовательность одной молекулы нуклеиновой кислоты целиком и с очень высокой скоростью. В отличие от других технологий секвенирования "следующего поколения", которые прочитывают ДНК малыми кусочками по 20-50 нуклеотидов, она не требует длительной и трудоемкой сборки "молекулярного пазла".
Новый метод не является первым из тех, где используются нанопоры. Ранее другая группа исследователей из компании Oxford Nanopore разработала технологию, где последовательность нуклеиновой кислоты определялась путем прямого протаскивания молекулы сквозь пору. В феврале 2012 года ученые продемонстрировали первый полный геном (геном бактериофага), определенный с помощью этого метода. Представители компании показали переносной прибор, работающий на этой технологии и способный, по их словам, секвенировать геном человека за 15 минут.