I experiment med potentiellt breda hälsovårdskonsekvenser, en forskargrupp ledd av en fysiker från University of Washington har utarbetat en metod som fungerar i mycket liten skala för att sekvensera DNA snabbt och relativt billigt.

Det kan öppna dörren för mer effektiv individualiserad medicin, till exempel tillhandahålla ritningar av genetiska predispositioner för specifika tillstånd och sjukdomar som cancer, diabetes eller beroende.

"Förhoppningen är att om 10 år kommer människor att få allt sitt DNA sekvenserat, och detta kommer att leda till personliga, prediktiv medicin, sa Jens Gundlach, en UW fysikprofessor och huvudförfattare till en artikel som beskriver den nya tekniken publicerad veckan den 16 augusti i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Tekniken skapar en DNA-läsare som kombinerar biologi och nanoteknik med hjälp av en nanopore tagen från Mycobacterium smegmatis porin A. Nanoporen har en öppning som är 1 miljarddels meter stor, precis tillräckligt stor för att mäta en enda DNA-sträng när den passerar igenom.

Forskarna placerade poren i ett membran omgivet av kaliumkloridlösning. En liten spänning applicerades för att skapa en jonström som flödade genom nanoporen, och strömmens elektriska signatur förändrades beroende på nukleotiderna som färdades genom nanoporen. Var och en av nukleotiderna som är essensen av DNA - cytosin, guanin, adenin och tymin - gav en distinkt signatur.

Teamet fick lösa två stora problem. Den ena var att skapa en kort och smal öppning precis tillräckligt stor för att tillåta en enda DNA-sträng att passera genom nanoporen och för att endast en enda DNA-molekyl skulle vara i öppningen när som helst. Michael Niederweis vid University of Alabama i Birmingham modifierade M. smegmatis-bakterien för att producera en lämplig por.

Det andra problemet, Gundlach sa, var att nukleotiderna flödade genom nanoporen med en hastighet av en var miljondels sekund, alldeles för snabbt för att sortera ut signalen från varje DNA-molekyl. Att kompensera, forskarna fäste en del av dubbelsträngat DNA mellan varje nukleotid de ville mäta. Den andra strängen skulle kort fångas på kanten av nanoporen, stoppa flödet av DNA tillräckligt länge för att den enstaka nukleotiden ska hållas i nanopore DNA-läsaren. Efter några millisekunder, den dubbelsträngade sektionen skulle separera och DNA-flödet fortsatte tills en annan dubbelsträng påträffades, så att nästa nukleotid kan läsas.

Förseningen, fastän mätt i tusendelar av en sekund, är tillräckligt lång för att läsa de elektriska signalerna från målnukleotiderna, sa Gundlach.

"Vi kan praktiskt taget läsa DNA-sekvensen från ett oscilloskopspår, " han sa.

Förutom Gundlach och Niederweiss, andra författare är Ian Derrington, Tom Butler, Elizabeth Manrao och Marcus Collins från UW; och Mikhail Pavlenok i Alabama-Birmingham.

Arbetet finansierades av National Institutes of Health och dess National Human Genome Research Institute som en del av ett program för att skapa teknologi för att sekvensera ett mänskligt genom för $1, 000 eller mindre. Det programmet började 2004, när det kostade i storleksordningen 10 miljoner dollar att sekvensera ett genom i mänsklig storlek.

Den nya forskningen är ett stort steg mot att uppnå DNA-sekvensering till en kostnad av $1, 000 eller mindre.

"Våra experiment beskriver en ny och i grunden mycket enkel sekvenseringsteknik som vi hoppas nu kan utökas till en mekaniserad process, sa Gundlach.