Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
Posted in | Bionanotechnology

Biofysiker Lindsay introducerer Lavprisflyselskaber teknik til at Læs DNA-sekventering

Published on November 15, 2010 at 1:20 AM

De snoede, stige-lignende form af DNA-molekylet, den arkitektoniske grundplan over liv indeholder et univers af oplysninger af afgørende betydning for menneskers sundhed.

Enorme indsats, der er blevet investeret i at dechifrere den genetiske kode, herunder, mest berømt, Human Genome Project. Ikke desto mindre, processen med at læse omkring tre milliarder nucleotid "breve" til at afsløre en persons fulde genom er stadig en dyr og kompleks virksomhed.

Stuart Lindsay er en biofysiker ved Biodesign Institut ved Arizona State University.

Nu biofysiker Stuart Lindsay, af Biodesign Institut ved Arizona State University, har vist en teknik, der kan føre til en hurtig, billig læsning af hele genomer, gennem anerkendelse af de grundlæggende kemiske enheder-de baser, der udgør DNA dobbelt helix. En overkommelig teknik til DNA-sekventering ville være et fantastisk fremskridt for medicin, så rutinemæssig klinisk genomisk screening for diagnostiske formål; udformningen af ​​en ny generation af custom-fit lægemidler, og selv genomisk lappeløsninger for at forbedre cellulære resistens mod viral eller bakteriel infektion.

Lindsay er en ASU Regents 'Professor og Carson Presidential formand for Fysik og Kemi, samt direktør for Biodesign Instituttets Center for Single Molecule Biofysik. Hans koncernens forsknings vises i det nyeste nummer af tidsskriftet Nature Nanotechnology.

Lindsays teknik til aflæsning af DNA-koden bygger på en grundlæggende egenskab ved materien er kendt som quantum tunneling, der opererer på det subatomare skala. Ifølge kvanteteorien kan elementære partikler som elektroner gør nogle meget mærkelige og counter-intuitive ting, til trods for klassiske fysiske love. Sådanne sub-atomare, kvante enheder har både en partikel og en bølge-lignende karakter. En del af konsekvensen af ​​dette er, at en elektron har en vis sandsynlighed for at flytte fra den ene side af en barriere for den anden, uanset højden eller bredden af ​​en sådan barriere.

Bemærkelsesværdigt, kan en elektron udføre denne bedrift, selv når den potentielle energi af den barriere, overstiger den kinetiske energi af partiklen. En sådan adfærd er kendt som quantum tunneling, og strømmen af ​​elektroner er en tunnel strøm. Tunneling er begrænset til små afstande, så lille, at en tunnel krydset bør være i stand til at læse en DNA-base (der er fire af dem i gentic koden, A, T, C og G) på et tidspunkt, uden indblanding fra ledsageforanstaltninger baser. Men den samme følsomhed over for afstand, betyder, at vibrationer af DNA, eller som deltager vandmolekyler, ødelægge tunneling signal. Så Lindsay gruppen har udviklet "anerkendelse molekyler", at "gribe fat" af hver base i tur, klamrede basen mod elektroderne, at oplæse signal. De kalder den nye metode "anerkendelse tunnelering."

Den aktuelle papir i Nature Nanotechnology viser, at enlige baser inde i en DNA-kæde faktisk kan læses med tunnelering, uden indblanding fra nabolandet baser. Hver base genererer en klar elektronisk signal, aktuelle pigge af en bestemt størrelse og frekvens, der tjener til at identificere hver base. Overraskende, teknikken selv genkender en lille kemisk ændring, at naturen nogle gange bruger til at finjustere ekspression af gener, de såkaldte "epigenetisk" kode. Mens en persons genetiske kode er den samme i hver eneste celle, epigenetisk kode er væv og celler specifikke og i modsætning til genomet selv, kan de epigenome reagere på miljømæssige ændringer i løbet af et menneskes liv.

Hvis du vil læse længere længder af DNA, er Lindsays gruppe arbejder på at koble tunneling udlæsning til en nanopore-et lille hul, hvorigennem DNA er trukket, en base ad gangen, af et elektrisk felt. Papiret i Nature Nanotechnology har noget at sige om dette problem også. "Det har altid været ment, at problemet med passerer DNA gennem en nanopore er, at det flyver igennem så hurtigt, at der ikke er tid til at læse den sekvens" Lindsay siger. Overraskende, tunneling signaler rapporteret i Nanture Nanoteknologi papir vare i lang tid, næsten et sekund pr basis læse.

For at teste dette resultat, Lindsay gået sammen med en kollega, Robert Ros, at måle, hvor hårdt man skal trække for at bryde den komplekse af en DNA-base plus anerkendelse molekyler. De gjorde dette med en atomic force mikroskop. "Disse målinger bekræftede den lange levetid af de komplekse, og viste også, at det læsetid kunne fremskyndes ved, vil ved anvendelse af en lille ekstra trækkraft" siger Ros. "Således scenen er sat for at kombinere tunneling læser med en anordning, der passerer DNA gennem en nanopore", siger Lindsay.

Sequencing gennem anerkendelse tunnelering, hvis det har vist sig gode for hele genom læsning, kunne udgøre en væsentlig besparelse i omkostningerne og forhåbentlig med tiden så godt. Eksisterende metoder til DNA-sekventering typisk regne med at skære hele molekylet i tusindvis af komponent bits, Snipping hinanden stigen af ​​komplementære baser og læser disse fragmenter. Senere skal stykkerne være omhyggeligt samles igen, med hjælp fra massiv computerkraft. "Direkte udlæsning af epigenetiske kode, rummer nøglen til at forstå, hvorfor celler i forskellige væv er forskellige, selv om de har samme genom" Lindsay tilføjer en henvisning til den nye mulighed for at læse epigenetiske modifikationer med tunnelering.

Lindsay understreger meget arbejde der stadig skal gøres før anvendelsen af ​​sekventering af anerkendelse kan blive en klinisk virkelighed. "Lige nu, kan vi kun læse to eller tre baser som tunneling sonden driver over dem, og nogle baser er mere præcist identificeret end andre," siger han. Men gruppen forventer, at dette at forbedre som fremtidige generationer af anerkendelse molekyler er syntetiseret.

"Den grundlæggende fysik er nu demonstreret" Lindsay siger, tilføjer "Måske vil det snart være muligt at indarbejde disse principper i masseproducerede computer chips." Den dag i "genomet på en lap-top" kan komme hurtigere end tidligere troede muligt.

Kilde: http://www.asu.edu/

Last Update: 5. October 2011 02:20

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit