Metodę opracowały niezależnie dwa amerykańskie zespoły. Polega ona na szybkim przepuszczaniu odrobiny DNA przez maleńki otwór i wykrywaniu swego rodzaju podpisu elektronicznego, jaki pozostawia podczas tego przejścia każdy nukleotyd – cząsteczka wchodząca w skład kwasów nukleinowych, z jakich zbudowana jest słynna podwójna helisa, spirala DNA
Za słabe maszyny
Dziedzictwo genetyczne przysparza ludziom wielu problemów, odpowiada za wiele chorób, takich jak nowotwory, cukrzyca, alzheimer – lista jest długa. Każdy człowiek w mniejszym lub większym stopniu predysponowany jest na poziomie genów do różnych patologii. Rozpoznanie tych predyspozycji, rozszyfrowanie sekwencji nukleotydowych będących ich źródłem stwarza nadzieję na uniknięcie choroby.
Próby w tym kierunku czynione są już od dawna. Naukowcy sekwencjonują DNA, ustalają porządek elementów w komórce i jej jądrze. Budowane są nawet specjalne maszyny do automatycznego sekwencjonowania, jednak wciąż jest to drogie i wymaga dużo czasu. Najbardziej wydajne maszyny potrzebują pół dnia na rozszyfrowanie około dwóch milionów nukleotydów, a to z kolei wystarcza na rozpracowanie kilku genów. Praktycznie potrzeba 800 dni, ponad dwóch lat, aby taka maszyna rozpracowała 3,2 miliarda elementów tworzących DNA człowieka.
Nanodziurka
Czy można szybciej, a jeżeli tak, w jaki sposób? Informuje o tym artykuł w „Nature Biotechnology". Metoda, jaką proponują naukowcy z University of Washington w Seattle, wykorzystuje zmodyfikowaną genetycznie porynę – charakterystyczne białko obecne w błonie komórkowej bakterii Mycobacterium segmatis. W rezultacie w jej błonie komórkowej powstał maleńki otwór średnicy nanometra (miliardowa część metra). Otwór jest tak mały, że przepuszcza naraz tylko jeden fragment DNA. Badacze przesłonili nanootwór membraną zanurzoną w chlorku potasowym, przez którą przepuścili prąd elektryczny o słabym napięciu. W rezultacie przez otwór popłynęły pojedyncze jony. Działo się to tak powoli, że możliwe było rozróżnienie adeniny, cytozyny, guaniny i tyminy – elementów DNA, pozostawiających swego rodzaju „elektroniczny" podpis. W ten sposób ustalono ich pozycję w cząsteczce DNA.
Próby trwają od dawna
Podobne doświadczenia usiłowało przeprowadzać wiele zespołów już wcześniej, lecz przepływ odbywał się zbyt szybko, aby detektor mógł rejestrować poszczególne elementy. Naukowcom z University of Washington udało się to dzięki temu, że zastosowali „motor molekularny" – enzym phi29 z bakterii Bacillus subtilis, do której wprowadzili niszczącego ją wirusa. Ten motor spowodował, że nukleotydy przechodziły przez miniotwór co 10 milisekund, a więc z prędkością umożliwiającą detektorowi wychwytywanie sygnału elektrycznego.
Tą metodą badacze odczytali sześć różnych „okruchów" DNA składających się z 42 do 53 nukleotydów. Metoda ta umożliwia także wykrywanie modyfikacji epigenetycznych, czyli obecność lub absencję cząsteczek regulujących ekspresję genów – a właśnie to zjawisko zachodzi w przypadku niektórych patologii.
Brakuje lat i tysięcy dolarów
Podobną metodę opracowali badacze z University of Delaware w Newark. Także przepuszczali kwas nukleinowy (nukleotydy) przez nanootwór, lecz utworzony w strukturze grafenu, materiału składającego się z warstw węgla grubości jednego atomu. Informuje o tym pismo „Nano Letters".
