(Phys.org)—Under de senaste fem åren, nästa generations gensekvensering har sänkt kostnaden för att låsa upp ett enstaka genom från 10 miljoner dollar till 10 dollar, 000. Även om besparingarna är oöverträffade, mer kan fortfarande göras för att minska kostnaderna ytterligare, en satsning som skulle möjliggöra en mängd tillämpningar inom medicinsk forskning och sjukvård.

Meni Wanunu, en biträdande professor i fysik vid Northeastern University, säger att hans arbete med nanopore-sekvensering representerar en sådan ansträngning. Traditionellt, Wanunu har använt nanoporer som en DNA-avläsningsenhet, varvid en enkel DNA-sträng passerar genom poren och orsakar små förändringar i den omgivande elektriska signalen som rapporterar om dess struktur.

Men nu gör han tvärtom:"Vi kommer att använda nanoporen för att hålla en molekyl fixerad i rymden, " förklarar Wanunu.

Uppbackad av 825 USD nyligen, 000 anslag från National Institutes of Health, Wanunu kommer att applicera nanoporer på en annan sekvenseringsteknik som läser exakt en DNA-sträng åt gången.

Pacific Biosciences, Wanunus bidragspartner, har designat en sekvenseringsenhet som kallas en SMRT-cell för en molekyl, realtidsanalys. SMRT-celler har potential att få ner kostnaderna för gensekvensering till 100 USD per genom, men de måste först övervinna några betydande hinder.

Varje SMRT-cell av aluminium innehåller 150, 000 hål. Varje hål är 100 nanometer brett och bör innehålla ett "polymeras, "en molekyl vars naturliga ansvar i en levande cell är att replikera en DNA-sekvens, en nukleotidbas åt gången. Polymeraser är naturens bästa DNA-sekvenserare och SMRT-celler drar fördel av en molekyl med miljontals år av evolution bakom sig.

Men enligt Wanunu, endast cirka 37 procent av hålen i en SMRT-cell kan teoretiskt innehålla exakt ett polymeras, eftersom det inte finns någon teknik för att lägga exakt ett polymeras i varje hål. Även om 100 nanometer kan verka litet, en av Wanunus nanoporer är 100 gånger mindre.

Målet med forskningen som stöds av det nya anslaget är att matcha varje SMRT-cellhål med en enda nanopore. Sitter ovanför nanopore, varje polymeras kommer att fästas vid ett ankare under det, sålunda hindrar den förra från att flyta iväg.

Genom att se till att det finns ett enda polymeras i varje hål, nanopore-metoden kommer att öka antalet gensekvenser som kan läsas på en gång, förbättra det totala utbytet av SMRT-cellen. Dessutom, eftersom nanoporer är så små, det är möjligt att skapa en spänningsgradient över dem, driva laddade DNA-strängar mot hålen, och därmed öka sekvenserarens känslighet för DNA-molekyler.

"Nischen här är att sekvensera nativt DNA som inte kan amplifieras, " säger Wanunu. Epigenetiska markörer, till exempel, som sitter ovanpå våra gener och reglerar uttrycket, går förlorade när DNA amplifieras - en standardprocess i de flesta sekvenseringsteknologier. Genom att läsa DNA en sträng i taget, sedan, SMRT-cellen skulle inte bara minska kostnaderna utan också möjliggöra en ny frontlinje inom genomforskning.