Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Нанотехнологии в медицине и биологии

Подписаться Бесплатная «Серебряная» новостная рассылка . Подписчиков 256 RSS
←   Январь 2010   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://www.lifesciencestoday.ru
Открыта: 05-08-2009

Автор
врач-терапевт Л.Вайс

Статистика

256 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Углеродные нанотрубки обещают сделать секвенирование ДНК быстрым и надежным


ВЫПУСК 64

 

 

 

Углеродные нанотрубки обещают сделать секвенирование ДНК быстрым и надежным

 

Быстрое секвенирование ДНК заключает в себе огромный потенциал для биологии и медицины, особенно для индивидуализированной диагностики и лечения, основанных на особенностях генома. В настоящее время, однако, технологии секвенирования остаются громоздкими и слишком дорогими для клинического применения, хотя положение может измениться благодаря ряду инновационных технологий.

 

В текущем номере журнала Science Стюарт Линдсей (Stuart Lindsay), директор Center for Single Molecule Biophysics Аризонского государственного университета (Arizona State University), и его коллеги продемонстрировали возможности одной из таких технологий, в которой нить одноцепочечной ДНК «продевается» в углеродную нанотрубку, что создает всплески напряжения. Такие всплески предоставляют информацию о процессе прохождении через трубку оснований ДНК – о транслокации ДНК.

 

Углеродные нанотрубки представляют собой цилиндрические структуры, используемые в нанотехнологиях, электронике, оптике и других областях. Это одна из аллотропных форм углерода, демонстрирующая уникальные свойства прочности и электрической проводимости.

 

Традиционные методы расшифровки генетических последовательностей, состоящих из четырех нуклеотидов (аденина, цитозина, тимина и гуанина – А, Ц, Т и Г), основываются на разрезании молекулы ДНК на сотни тысяч фрагментов, чтении таких коротких кусочков и, наконец, полной реконструкции генетической последовательности с помощью мощной вычислительной техники. Десять лет назад был успешно расшифрован геном человека – последовательность из более чем 3 миллиардов пар оснований. На это потребовалось около 11 лет кропотливой работы и 1 миллиард долларов. В дополнении к большой трудоемкости существующих технологий точность результатов анализа оставлять желать лучшего, так как ошибки в чтении накапливаются пропорционально количеству исследуемых фрагментов.

 

Новая стратегия предполагает использование нанопор – отверстий с диаметром масштаба отдельной молекулы, соединяющих два жидкостных резервуара. Между двумя электродами, расположенными по концам нанопоры, создается постоянное напряжение, что вызывает ионный ток по длине канала, заключенного в нанопоре. В таком масштабе прохождение даже одной молекулы генерирует детектируемое изменение ионного тока через пору. Затем ток усиливается и измеряется. Только совсем недавно состояние микротехнологий позволило ученым создать нанопоры с размерами в одну молекулу, открыв, таким образом, новые возможности для манипуляций с отдельными молекулами и научных исследований.

 

Для создания каналов в работе группы Линдсея использовались однослойные углеродные нанотрубки диаметром 1-2 нанометра. Когда по нанотрубке начинает течь ток, сегменты одноцепочечной ДНК (олигомеры), состоящие из 60-120 нуклеотидов, вводятся в отверстие нанотрубки и транслоцируются от анода к катоду благодаря отрицательному заряду молекулы ДНК. Скорость перемещения фрагмента ДНК зависит как от структуры нуклеотидов, так и от его молекулярного веса.

 

Углеродные нанотрубки выращиваются на подложке из окисленного кремния. Результаты показывают, что в успешно сформированных нанотрубках – полностью открытых и без изъянов по длине – в процессе транслокации ДНК фиксируется резкий всплеск электрической активности. Более того, снятие напряжения с электродов приводит к исчезновению всплесков активности, а восстановление первоначального напряжения вызывает их возобновление.

 

Линдсей подчеркивает, что кратковременные импульсы тока, каждый содержащий примерно 10х7 зарядов, представляют собой огромное усиление перемещающегося заряда. Для подтверждения того, что углеродные нанотрубки, демонстрирующие такие огромные резкие всплески тока – около 20% от общего количества в образце, были именно теми, в которых проходила транслокация ДНК, ученые использовали метод, известный как количественная полимеразная цепная реакция (qPCR).

 

Чтобы определить механизм образования аномально больших ионных токов, обнаруженных в нанотрубках, ученые провели молекулярное моделирование. Изучение вольтамперных характеристик (CVC), регистрируемых при различных ионных концентрациях, показало, что движение ионов через некоторые трубки очень необычно, хотя и понимание точного механизма образования наблюдаемых при транслокации ДНК всплесков тоже требует дальнейшего моделирования. Тем не менее, характерный электрический сигнал транслокации ДНК через нанотрубки с высокой ионной проводимостью может обеспечить дальнейшее развитие технологии для быстрого секвенирования ДНК, основанной на нанопорах.

 

Если процесс будет усовершенствован, подчеркивает Линдсей, секвенирование ДНК будет проводиться в тысячи раз быстрее, чем существующими сейчас методами, и гораздо дешевле. Реализация принципа персональной медицины – один пациент-один геном – обеспечит врачей необходимой диагностической информацией и поможет перейти к индивидуализированному лечению пациентов с широким спектром заболеваний.

 

 

По материалам Arizona State University.

 

 

Источник:

 

Carbon nanotubes show promise for high-speed genetic sequencing

 

 

 
В избранное