Påståendet att nanopore-teknologi är på gränsen till att göra DNA-analys så snabb och billig att en persons hela genom kan sekvenseras på bara några minuter och till en bråkdel av kostnaden för tillgängliga kommersiella metoder, har resulterat i överväldigande akademisk, industriell, och globalt intresse. Men en recension av Northeastern University fysiker Meni Wanunu, publicerad i ett specialnummer om nanoporesekvensering i Recensioner av livets fysik , ifrågasätter om de återstående tekniska hindren kan övervinnas för att skapa en fungerande, lättproducerad kommersiell enhet.
Tidigare i år, Oxford Nanopore Technologies, ett av pionjärföretagen inom sekvensering av upptäckter, meddelade att de förväntar sig att sekvensering av nanoporesträngar ska uppnå ett 15-minuters genom till 2014 till en kostnad av $1, 500. Detta är långt ifrån de 10 miljoner dollar som det kostade att sekvensera ett helt genom för bara 5 år sedan.
Sedan idén om nanopore-sekvensering först föreslogs i mitten av 1990-talet, stora framsteg har gjorts. Grundidén är oerhört enkel:en enda DNA-tråd passerar genom ett litet hål i molekylstorlek – eller nanopore – och de olika DNA-baserna identifieras i sekvens när de rör sig genom poren.
Men enligt Wanunu, verkligheten att manipulera teknik baserad på porer så små att 25, 000 av dem kan passa sida vid sida på ett människohår har visat sig vara en skrämmande uppgift. Den största utmaningen har varit att sakta ner processen och kontrollera DNA-strängens rörelse genom porerna i en hastighet som är tillräckligt långsam för att göra individuella DNA-baser läsbara och användbara. En ny metod som använder enzymkontrollerad rörelse, utvecklats för att övervinna detta problem, har sina egna nackdelar inklusive dålig enzymaktivitet vilket resulterar i begränsad processivitet och okontrollerad framåt-bakåtrörelse.
Ett annat stort dilemma har varit om protein- eller solid-state-porer ger den mest lovande tekniken. I början, naturligt förekommande porösa proteiner undersöktes. Men i början av 2000-talet sägs erbjuda bättre kapacitet och flexibilitet, olika fasta nanoporer gjorda av kisel eller grafen testades. "Eftersom både lipid-inbäddade proteinkanaler och solid state nanopores har nackdelar, det ska bli intressant att se vilken enhet, eller vilken kombination av enheter, kommer att finnas tillgänglig under kommande år, om någon, " säger Wanunu.
Vid denna tidpunkt finns det fortfarande många hinder att övervinna, han lägger till, inklusive nanoporers oförmåga att tillhandahålla spektroskopisk information om identiteten på en molekyl, osäkerheter om huruvida translokation sker med konstant hastighet, och komplikationerna av portilltäppning.
Skriver i en kommentar publicerad i samma nummer, John Kasianowicz från National Institute of Standards and Technology i USA, en pionjär inom området, håller med om att det återstår många utmaningar:"Det finns verkligen fortfarande många problem att ta itu med för att möjliggöra praktiska elektroniska nanoporbaserade avkänningsanordningar. genom att bättre förstå vägen som redan utvecklats i detta begynnande område, resan kommer förhoppningsvis att verka lite mindre skrämmande, "
I en sista kommentar till Wanunus recension, grundaren och direktören för Oxford Nanopore, Hagan Bayley, blickar framåt mot framtiden:"På längre sikt, genom att använda solid-state porer... kan det vara möjligt att läsa DNA-sekvenser vid mikrosekunder snarare än millisekunder per bas. Detta skulle kunna göras genom att använda tunnelströmmar eller andra egenskaper hos DNA-baserna för vilka grafen – med dess ovanliga elektroniska egenskaper – efter ytterligare utveckling kan ge ett överlägset substrat och på så sätt leverera ytterligare ett stort steg framåt på toppen av ett decennium av aldrig tidigare skådad framsteg ."
