(PhysOrg.com) - Boston University biomedicinska ingenjörer har tagit fram en metod för att göra framtida genom -sekvensering snabbare och billigare genom att dramatiskt minska mängden DNA som krävs, vilket eliminerar det dyra, tidskrävande och felbenägen steg för DNA-amplifiering.

I en studie publicerad i den 20 december onlineutgåvan av Nature Nanotechnology, ett team som leds av Boston University Biomedical Engineering Docent Amit Meller beskriver banbrytande arbete med att upptäcka DNA -molekyler när de passerar genom kisel -nanoporer. Tekniken använder elektriska fält för att mata långa strängar av DNA genom fyra nanometer breda porer, ungefär som att trä en nål. Metoden använder känsliga elektriska strömmätningar för att detektera enstaka DNA -molekyler när de passerar genom nanoporerna.

"Den aktuella studien visar att vi kan upptäcka en mycket mindre mängd DNA -prov än tidigare rapporterat, "sa Meller." När människor börjar implementera genom -sekvensering eller genomprofilering med hjälp av nanoporer, de skulle kunna använda vår nanopore capture -metod för att kraftigt minska antalet kopior som används i dessa mätningar. "

För närvarande, genom -sekvensering använder DNA -amplifiering för att göra miljarder molekylära kopior för att producera ett prov som är tillräckligt stort för att kunna analyseras. Förutom den tid och kostnad DNA -amplifiering innebär, några av molekylerna - som fotokopior av fotokopior - blir mindre perfekta. Meller och hans kollegor på BU, New York University och Bar-Ilan University i Israel har utnyttjat elektriska fält som omger nanoporernas mynningar för att locka långa, negativt laddade DNA -strängar och skjut dem genom nanoporen där DNA -sekvensen kan detekteras. Eftersom DNA dras till nanoporerna på avstånd, det behövs mycket färre kopior av molekylen.

Innan du skapar denna nya metod, laget var tvungen att utveckla en förståelse för elektro-fysik på nanoskala, där reglerna som styr den större världen inte nödvändigtvis gäller. De gjorde en kontraintuitiv upptäckt:ju längre DNA -strängen, ju snabbare den hittade poröppningen.

"Det är verkligen förvånande, "Meller sa." Du kan förvänta dig att om du har en längre spagetti, 'då skulle det vara mycket svårare att hitta slutet. Samtidigt innebär denna upptäckt att nanoporesystemet är optimerat för detektering av långa DNA -strängar - tiotusentals baspar, eller ännu mer. Detta kan dramatiskt påskynda framtida genomisk sekvensering genom att tillåta analys av en lång DNA -sträng i ett svep, snarare än att behöva sätta ihop resultat från många korta utdrag.

"DNA -amplifieringsteknik begränsar DNA -molekyllängden till under tusen baspar, "Meller tillagd." Eftersom vår metod undviker amplifiering, det minskar inte bara kostnaden, tid och felfrekvens för DNA -replikeringstekniker, men möjliggör också analys av mycket långa DNA -strängar, mycket längre än nuvarande begränsningar. "

Med denna kunskap i handen, Meller och hans team bestämde sig för att optimera effekten. De använde saltgradienter för att ändra det elektriska fältet runt porerna, vilket ökade hastigheten med vilken DNA -molekyler fångades och förkortade fördröjningstiden mellan molekyler, vilket minskar mängden DNA som behövs för noggranna mätningar. Istället för att flyta runt tills de råkade ut för en nanopor, DNA -strängar trattades in i öppningarna.

Genom att öka fångstgraden med några storleksordningar, och genom att minska mängden provkammare minskade forskarna antalet DNA -molekyler som krävs med en faktor 10, 000 - från cirka 1 miljard provmolekyler till 100, 000.