(PhysOrg.com) - Forskare från Imperial College London utvecklar teknik som i slutändan kan sekvensera en persons genom på bara några minuter, till en bråkdel av kostnaden för nuvarande kommersiella tekniker.
Forskarna har patenterat en tidig prototypteknologi som de tror kan leda till ett ultrasnabbt kommersiellt DNA -sekvenseringsverktyg inom tio år. Deras arbete beskrivs i en studie som publicerades denna månad i tidningen Nano bokstäver och det stöds av Wellcome Trust Translational Award och Corrigan Foundation.
Forskningen tyder på att forskare så småningom kan sekvensera ett helt genom i ett enda labbförfarande, medan det för närvarande bara kan sekvenseras efter att ha brutits i bitar i en mycket komplex och tidskrävande process. Snabb och billig genom -sekvensering kan tillåta vanliga människor att låsa upp hemligheterna i sitt eget DNA, avslöjar deras personliga mottaglighet för sjukdomar som Alzheimers, diabetes och cancer. Läkare använder redan genom-sekvensering för att förstå befolkningsövergripande hälsoproblem och forskningssätt för att skräddarsy individanpassade behandlingar eller förebyggande åtgärder.
Dr Joshua Edel, en av författarna till studien från Institutionen för kemi vid Imperial College London, sade:"Jämfört med nuvarande teknik, denna enhet kan leda till mycket billigare sekvensering:bara några dollar, jämfört med 1 miljon dollar för att sekvensera ett helt genom 2007. Vi har inte provat det på ett helt genom än men våra första experiment tyder på att du teoretiskt sett skulle kunna göra en fullständig genomsökning av de tre, 165 miljoner baser i det mänskliga genomet på några minuter, ger enorma fördelar för medicinska tester, eller DNA -profiler för polis- och säkerhetsarbete. Det ska vara betydligt snabbare och mer tillförlitligt, och skulle vara lätt att skala upp för att skapa en enhet med kapacitet att läsa upp till 10 miljoner baser per sekund, kontra de typiska 10 baserna per sekund du får med dagens enkelmolekyl i realtidstekniker. "
I den nya studien, forskarna visade att det är möjligt att driva en DNA -sträng med hög hastighet genom ett litet hål på 50 nanometer (nm) - eller nanopore - i ett kiselchip, använder en elektrisk laddning. När strängen kommer ut från chipets baksida, dess kodningssekvens (bas A, C, T eller G) läses av en "tunnelförbindelseelektrodkorsning". Denna 2 nm gap mellan två ledningar stöder en elektrisk ström som interagerar med den distinkta elektriska signalen från varje baskod. En kraftfull dator kan sedan tolka baskodens signal för att konstruera genomsekvensen, gör det möjligt att kombinera alla dessa väldokumenterade tekniker för första gången.
Sekvensering med nanoporer har länge ansetts vara nästa stora utveckling för DNA -teknik, tack vare dess potential för hög hastighet och hög kapacitet sekvensering. Dock, design för en exakt och snabb läsare har inte visats förrän nu.
Medförfattare Dr Emanuele Instuli, från Institutionen för kemi vid Imperial College London, förklarade utmaningarna de stod inför i denna forskning:"Att få DNA -strängen genom nanoporen är lite som att suga upp spaghetti. Fram till nu har det varit svårt att exakt anpassa korsningen och nanoporen. Dessutom har konstruktion av elektrodtrådarna med sådana dimensioner närmar sig atomskalan och ligger effektivt vid gränsen för befintlig instrumentering. Men i detta experiment kunde vi göra två små platinatrådar till en elektrodkorsning med ett gap som var tillräckligt litet för att tillåta elektronströmmen att flyta mellan dem. "
Denna teknik skulle ha flera distinkta fördelar jämfört med nuvarande tekniker, enligt medförfattare, Aleksandar Ivanov från Institutionen för kemi vid Imperial College London:"Nanopore -sekvensering skulle vara en snabb, enkelt förfarande, till skillnad från tillgängliga kommersiella metoder, som kräver tidskrävande och destruktiva kemiska processer för att bryta ner och replikera små delar av DNA-molekylerna för att bestämma deras sekvens. Dessutom, dessa kiselchips är otroligt hållbara jämfört med några av de mer känsliga materialen som för närvarande används. De kan hanteras, tvättas och återanvänds många gånger utan att försämra deras prestanda. "
Dr Tim Albrecht, en annan författare till studien, från Institutionen för kemi vid Imperial College London, säger:"Nästa steg blir att skilja mellan olika DNA -prover och, i sista hand, mellan enskilda baser inom DNA -strängen (dvs sann sekvensering). Jag tror att vi vet vägen framåt, men det är ett utmanande projekt och vi måste ta många fler steg innan vår vision kan förverkligas. "
