ДНК содержит инструкции, которые делают нас такими, какие мы есть. Если мы хотим прочитать эти инструкции, например, чтобы понять нашу предрасположенность к генетическим заболеваниям, нам нужно аккуратно «расстегнуть» знаменитую структуру двойной спирали ДНК. Это непросто и занимает много времени, а процесс включает интенсивный нагрев и химические вещества, которые могут повредить ДНК.
Новое исследование
В новом исследовании, опубликованном в ACS Nano, группа учёных из Университета Осаки разработала новую технологию, которая значительно упрощает процесс «расстёгивания» ДНК. Их изобретение использует миниатюрный нагреватель для точного и мягкого «расстёгивания» двойной спирали ДНК.
Как это работает?
Устройство использует платиновую спираль размером с нанометр. Когда цепь ДНК достигает «нанопоры» — отверстия на устройстве, на катушку подаётся напряжение. Тепло открывает ДНК, позволяя считывать информацию с одной цепи за раз.
«Ключевое преимущество нового метода заключается в том, что нам не нужно нагревать весь образец, а только его очень малую часть», — объясняет ведущий автор Макусу Цуцуи. «Это означает, что для процесса требуется всего несколько милливатт мощности, повреждение ДНК минимизируется, и мы можем считывать информацию из ДНК более точно».
Испытания
Команда протестировала новый метод, используя длинную молекулу ДНК из вируса, которая содержала почти 50 000 пар оснований, а также небольшую кольцевую плазмиду. Удивительно, но небольшого количества тепла оказалось достаточно, чтобы «расстегнуть» как плазмиду, так и более длинную молекулу ДНК.
Точный метод нагрева также позволил команде контролировать, когда и как «расстёгивается» молекула ДНК, регулировать её скорость и обнаруживать её прохождение через нанопору с помощью электрических сигналов. Эти подробные данные позволили команде понять, как на движение молекулы ДНК влияют электрические силы, вязкое сопротивление окружающей жидкости и температура — все эти данные ценны для дальнейшего улучшения секвенирования ДНК.
«Наше устройство должно быть простым в изготовлении, и мы надеемся, что оно станет основной технологией для быстрого и точного секвенирования следующего поколения», — говорит старший автор Томодзи Каваи.
«Устройство микроскопическое и потребляет очень мало энергии, поэтому его потенциально можно встроить в портативные диагностические устройства, обеспечивая доступ к генетической информации на месте, которая может помочь в диагностике и лечении», — добавляет он.
Перспективы
Крошечная система с нагревателем представляет собой шаг к созданию портативных устройств для генетического тестирования, которые можно будет использовать для быстрого и лёгкого определения наличия генов, ответственных за рак или другие заболевания. Это также может способствовать развитию персонализированной медицины, позволяя врачам рекомендовать лечение на основе уникальной генетической информации человека.
Предоставлено Университетом Осаки.