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Biophysicien Lindsay lance Technique Low Cost to Read séquençage de l'ADN

Published on November 15, 2010 at 1:20 AM

La torsion, échelle-comme forme de la molécule d'ADN-le plan d'étage architectural de la vie contient un univers d'informations critiques pour la santé humaine.

Efforts énormes ont été investies dans le déchiffrage du code génétique, y compris, le plus célèbre, le Projet du génome humain. Néanmoins, le processus de lecture quelque trois milliards de nucléotides-«lettres» pour révéler génome complet d'un individu demeure une entreprise coûteuse et complexe.

Stuart Lindsay est un biophysicien à l'Institut Biodesign à l'Arizona State University.

Maintenant biophysicien Stuart Lindsay, de l'Institut Biodesign à l'Arizona State University, a démontré une technique qui peut entraîner de rapides, de lecture à faible coût des génomes entiers, grâce à la reconnaissance de la chimie de base des unités-des bases nucléotidiques qui composent la double hélice d'ADN. Une technique abordable pour séquençage de l'ADN serait un énorme progrès pour la médecine, ce qui permet le dépistage systématique du génome à des fins diagnostiques cliniques, la conception d'une nouvelle génération de la coutume ajustement produits pharmaceutiques, et même bricolage génomique pour améliorer la résistance cellulaire à l'infection virale ou bactérienne.

Lindsay est une Regents USS «Professeur et Carson présidentielle Chaire de Physique et Chimie ainsi que directeur du Centre de l'Institut Biodesign pour Single Molecule biophysique. Son groupe de recherche apparaît dans le numéro actuel de la revue Nature Nanotechnology.

Technique de Lindsay pour la lecture du code de l'ADN repose sur une propriété fondamentale de la matière connue comme effet tunnel quantique, qui fonctionne à l'échelle subatomique. Selon la théorie quantique, les particules élémentaires comme les électrons peuvent faire des choses très étranges et contre-intuitif, au mépris des lois classiques de la physique. Ces sub-atomiques, les entités quantiques possèdent à la fois une particule et une nature ondulatoire. Une partie de la conséquence de cela est que l'électron a une certaine probabilité de passer d'un côté d'une barrière à l'autre, indépendamment de la hauteur ou la largeur d'une telle barrière.

Fait remarquable, un électron peut accomplir cet exploit, même lorsque l'énergie potentielle de la barrière dépasse l'énergie cinétique de la particule. Un tel comportement est connu comme effet tunnel quantique, et le flux d'électrons est un courant tunnel. Tunneling est confinée à des distances si petites-petites qu'une jonction tunnel devrait être capable de lire une base d'ADN (il ya quatre d'entre eux dans le code gentic, A, T, C et G) à un moment sans ingérence de bases flanquant. Mais la même sensibilité à la distance signifie que les vibrations de l'ADN, ou des molécules d'eau intervenant, la ruine du signal tunnel. Ainsi, le groupe a développé Lindsay "molécules de reconnaissance» qui «saisissent» de chaque base, à son tour, serrant la base contre les électrodes qui permettent de lire le signal. Ils appellent cette méthode nouvelle «reconnaissance tunnel."

Le document actuel dans Nature Nanotechnology montre que des bases simples dans une chaîne d'ADN peut en effet être lu avec tunnel, sans ingérence de bases voisines. Chaque base génère un signal distinct électroniques, les pointes de courant d'une taille particulière et la fréquence qui servent à identifier chaque base. Étonnamment, la technique reconnaît même une petite modification chimique que la nature utilise parfois pour affiner l'expression des gènes, que l'on appelle «épigénétiques» du code. Alors que le code génétique d'un individu est le même dans chaque cellule, le code épigénétique est spécifique de tissus et cellules et, contrairement au génome lui-même, l'épigénome peuvent répondre aux changements environnementaux pendant la vie d'un individu.

Pour lire plus grandes longueurs d'ADN, le groupe de Lindsay travaille à coupler la lecture tunnel pour un nanopore-un petit trou par lequel l'ADN est traîné, une base à la fois, par un champ électrique. Le papier dans Nature Nanotechnology a quelque chose à dire sur ce problème aussi. "Il a toujours cru que le problème avec l'ADN en passant à travers un nanopore est qu'il vole si rapidement qu'il n'ya pas de temps pour lire la séquence" Lindsay dit. Étonnamment, les signaux tunnel rapportés dans le journal Nanotechnology Nanture dernière pour un temps près d'une base à long seconde par lire.

Pour tester ce résultat, Lindsay a fait équipe avec un collègue, Robert Ros, pour mesurer à quel point on a tendance à tirer vers briser le complexe d'une base d'ADN, plus les molécules de reconnaissance. Ils ont fait cela avec un microscope à force atomique. «Ces mesures ont confirmé la longue durée de vie du complexe, et a également montré que le temps de lecture pourrait être accéléré à volonté par l'application d'une petite force de traction supplémentaires», explique Ros. »Ainsi, le décor est planté pour combiner tunnel lit avec un dispositif qui passe d'ADN à travers un nanopore», explique Lindsay.

Séquençage tunnel à travers la reconnaissance, si ses preuves pour la lecture du génome entier, pourrait représenter des économies substantielles dans les coûts et nous l'espérons, dans le temps ainsi. Les méthodes existantes de séquençage de l'ADN reposent généralement sur la coupe la molécule complète dans des milliers de bits composant, coupant en dehors de l'échelle des bases complémentaires et à la lecture de ces fragments. Plus tard, les pièces doivent être minutieusement ré-assemblé, avec l'aide de la puissance de calcul massive. "Lecture directe du code épigénétique détient la clé pour comprendre pourquoi les cellules de différents tissus sont différents, bien qu'ayant le même génome" Lindsay ajoute une référence à la nouvelle capacité de lire avec les modifications épigénétiques tunnel.

Lindsay souligne qu'il reste encore beaucoup à faire avant l'application de séquençage par la reconnaissance peut devenir une réalité clinique. «Pour l'instant, nous ne pouvons lire deux ou trois bases que la sonde tunnel dérives sur eux, et certaines bases sont plus identifiés avec précision que les autres», dit-il. Toutefois, le groupe s'attend à ce que pour améliorer les futures générations de molécules de reconnaissance sont synthétisées.

"La physique de base est maintenant démontrée" Lindsay dit, ajoutant que "ce sera peut-être bientôt possible d'intégrer ces principes dans la masse des puces d'ordinateur produite." Le jour de la «génome sur un lap-top» vient peut-être plus tôt qu'on ne le pensait possible.

Source: http://www.asu.edu/

Last Update: 8. October 2011 00:29

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