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Posted in | Bionanotechnology

Biofisico Lindsay presenta Tecnica Low Cost a leggere sequenziamento del DNA

Published on November 15, 2010 at 1:20 AM

La torsione, scala-come forma della molecola del DNA, la pianta architettonica della vita, contiene un universo di informazioni critiche per la salute umana.

Enorme sforzo è stato investito nella decifrazione del codice genetico, tra cui, il più famoso, il Progetto Genoma Umano. Tuttavia, il processo di lettura circa i tre miliardi di nucleotidi "lettere" a rivelare genoma completo di un individuo rimane un'impresa costosa e complessa.

Stuart Lindsay è un biofisico presso l'Istituto Biodesign presso l'Arizona State University.

Ora biofisico Stuart Lindsay, dell'Istituto Biodesign presso l'Arizona State University, ha dimostrato una tecnica che può portare a rapida lettura a basso costo di genomi interi, attraverso il riconoscimento della chimica di base, l'unità di basi nucleotidiche che compongono la doppia elica del DNA. Una tecnica alla portata di sequenziamento del DNA sarebbe un enorme passo avanti per la medicina, permettendo di routine lo screening genomico clinica per fini diagnostici, la progettazione di una nuova generazione di custom-fit prodotti farmaceutici e persino armeggiare genomico per migliorare la resistenza cellulare all'infezione virale o batterica.

Lindsay è professore e un Regents ASU 'Cattedra Carson presidenziale di Fisica e Chimica, nonché direttore del Centro dell'Istituto Biodesign per la Biofisica di singola molecola. Ricerca del suo gruppo appare nel numero attuale della rivista Nature Nanotechnology.

Lindsay tecnica per la lettura del codice del DNA si basa su una proprietà fondamentale della materia noto come quantum tunneling, che opera su scala subatomica. Secondo la teoria quantistica, le particelle elementari come gli elettroni possono fare alcune cose molto strane e contro-intuitivo, a dispetto delle leggi classiche della fisica. Tali sub-atomiche, entità quantistiche possiedono sia una particella ed un onda come la natura. Parte della conseguenza di ciò è che un elettrone ha qualche probabilità di passare da un lato di una barriera per l'altra, indipendentemente dalla altezza o la larghezza di tale barriera.

Sorprendentemente, un elettrone può compiere questa impresa, anche quando l'energia potenziale della barriera supera l'energia cinetica della particella. Tale comportamento è noto come quantum tunneling, e il flusso di elettroni è una corrente di tunneling. Tunneling si limita a distanze così piccole-piccole che una giunzione tunnel dovrebbe essere in grado di leggere una base del DNA (ce ne sono quattro di loro nel codice gentic, A, T, C e G) in un momento senza interferenze da basi di accompagnamento. Ma la stessa sensibilità a distanza significa che le vibrazioni del DNA, o le molecole d'acqua intervenendo, rovina il segnale di tunneling. Così il gruppo Lindsay ha sviluppato "molecole di riconoscimento" che "afferrare" di ogni base, a sua volta, stringendo la base contro gli elettrodi che leggono il segnale. Essi chiamano questo nuovo metodo di "riconoscimento tunneling".

Il documento corrente in Nature Nanotechnology dimostra che singole basi all'interno di una catena di DNA possono infatti essere letti con tunneling, senza interferenze da basi vicine. Ogni base genera un segnale distinto elettronico, picchi di corrente di una certa dimensione e la frequenza che servono per identificare ogni base. Sorprendentemente, la tecnica riconosce anche un piccolo cambiamento chimico che la natura a volte usa per regolare l'espressione dei geni, il cosiddetto codice "epigenetico". Mentre il codice genetico di un individuo è lo stesso in ogni cellula, il codice epigenetico è specifico di tessuti e cellule e, a differenza lo stesso genoma, l'epigenoma in grado di rispondere ai cambiamenti ambientali nel corso della vita di un individuo.

Per saperne di più lunghezze di DNA, gruppo Lindsay sta lavorando per la lettura paio tunneling per un nanoporo, un piccolo foro attraverso il quale viene trascinato il DNA, una base alla volta, da un campo elettrico. La carta su Nature Nanotechnology ha qualcosa da dire su questo problema. "Si è sempre creduto che il problema con il passare del DNA attraverso un nanoporo è che vola così in fretta che non c'è tempo di leggere la sequenza", dice Lindsay. Sorprendentemente, i segnali di tunneling riportate nello studio delle nanotecnologie Nanture durare per un tempo lungo quasi una seconda base per leggere.

Per verificare questo risultato, Lindsay in coppia con un collega, Robert Ros, per misurare quanto duramente si deve tirare a rompere il complesso di una base del DNA, più le molecole di riconoscimento. Lo hanno fatto con un microscopio a forza atomica. "Queste misure hanno confermato la lunga durata di vita del complesso, e ha anche mostrato che il tempo di lettura potrebbe essere accelerato a piacere con l'applicazione di una piccola forza di trazione supplementare", dice Ros. "Così la scena è pronta per la combinazione di tunneling legge con un dispositivo che passa DNA attraverso un nanoporo", dice Lindsay.

Last Update: 18. October 2011 13:26

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