Forskare har tagit fram en nanoskala -sensor för att elektroniskt läsa sekvensen för en enda DNA -molekyl, en teknik som är snabb och billig och kan göra DNA -sekvensering allmänt tillgänglig.

Tekniken kan leda till prisvärd personlig medicin, potentiellt avslöjar anlag för åkommor som cancer, diabetes eller beroende.

"Det finns en tydlig väg till en fungerande, lättproducerad sekvenseringsplattform, sa Jens Gundlach, en fysikprofessor vid University of Washington som leder forskargruppen. "Vi utökade ett protein nanopore som vi utvecklat för detta ändamål med en molekylär motor som flyttar en DNA-sträng genom poren en nukleotid i taget."

Forskarna rapporterade tidigare att man skapade nanoporen genom att genetiskt manipulera en proteinpor från en mykobakterie. Nanoporet, från Mycobacterium smegmatis porin A, har en öppning som är 1 miljarddels meter stor, precis tillräckligt stor för att en enda DNA-sträng ska kunna passera igenom.

För att få det att fungera som läsare, nanoporen placerades i ett membran omgivet av kaliumkloridlösning, med en liten spänning applicerad för att skapa en jonström som strömmar genom nanoporen. Den elektriska signaturen ändras beroende på vilken typ av nukleotid som färdas genom nanoporen. Varje typ av DNA-nukleotid – cytosin, guanine, adenin och tymin – ger en distinkt signatur.

Forskarna fäst en molekylmotor, taget från ett enzym som är associerat med replikering av ett virus, att dra DNA -strängen genom nanopore -läsaren. Motorn användes först i ett liknande försök av forskare vid University of California, Santa Cruz, men de använde en annan por som inte kunde skilja de olika nukleotidtyperna.

Gundlach är motsvarande författare till en artikel publicerad online den 25 mars av Naturens bioteknik som rapporterar en framgångsrik demonstration av den nya tekniken med sex olika DNA-strängar. Resultaten motsvarade den redan kända DNA-sekvensen av strängarna, som hade läsbara regioner 42 till 53 nukleotider långa.

"Motorn drar strängen genom poren med en hanterbar hastighet av tiotals millisekunder per nukleotid, som är tillräckligt långsam för att kunna läsa den aktuella signalen, "Sa Gundlach.

Gundlach sa att nanoporetekniken också kan användas för att identifiera hur DNA modifieras hos en given individ. Sådana ändringar, kallas epigenetiska DNA-modifieringar, äger rum som kemiska reaktioner i celler och är bakomliggande orsaker till olika tillstånd.

"Epigenetiska modifieringar är ganska viktiga för saker som cancer, " sa han. Att kunna tillhandahålla DNA-sekvensering som kan identifiera epigenetiska förändringar "är en av charmen med nanopore-sekvenseringsmetoden."

Medförfattare till Naturens bioteknik papper är Elizabeth Manrao, Ian Derrington, Andrew Laszlo, Kyle Langford, Matthew Hopper och Nathaniel Gillgren från UW, och Mikhail Pavlenok och Michael Niederweis från University of Alabama i Birmingham.

Arbetet finansierades av National Human Genome Research Institute i ett program för att hitta ett sätt att genomföra individuell DNA -sekvensering för mindre än $ 1, 000. När det programmet började, Gundlach sa:kostnaden för sådan sekvensering var sannolikt i hundratusentals dollar, men "med tekniker som denna kan det komma ner till ett 10-dollars eller 15-minuters genomprojekt. Det går snabbt."