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

Biofysiker Lindsay lanserer Low Cost Technique til Les DNA sekvensering

Published on November 15, 2010 at 1:20 AM

Den kronglete, stige-lignende form av DNA-molekyl-arkitektoniske plantegning av livet inneholder et univers av informasjon avgjørende for menneskers helse.

Enorme krefter har blitt investert i å tyde den genetiske koden, inkludert, mest kjent, Human Genome Project. Likevel er prosessen med å lese noen tre milliarder nucleotide "bokstaver" å avsløre en persons fullstendige genom en kostbar og kompleks oppgave.

Stuart Lindsay er biofysiker ved Biodesign Institute ved Arizona State University.

Nå biofysiker Stuart Lindsay, av Biodesign Institute ved Arizona State University, har vist en teknikk som kan føre til raske, lavpris lesning av hele genomer, gjennom anerkjennelsen av grunnleggende kjemiske enhetene-the nucleotide baser som utgjør DNA-dobbeltspiralen. En rimelig teknikk for DNA-sekvensering ville være en enorm forhånd for medisin, slik at rutinemessig klinisk genomisk screening for diagnostiske formål; utformingen av en ny generasjon av spesialtilpassede legemidler, og selv genomisk fiksing og triksing for å forbedre cellular motstand mot viral eller bakteriell infeksjon.

Lindsay er en ASU Regents 'Professor og Carson presidentstolen for fysikk og kjemi samt leder av Biodesign instituttets Senter for Single Molecule biofysikk. Hans gruppe forskning vises i dagens utgave av tidsskriftet Nature Nanoteknologi.

Lindsay teknikk for å lese DNA-kode er avhengig av en grunnleggende egenskap av materie som kalles kvante-tunneling, som opererer på det subatomære skala. Ifølge kvanteteorien, kan elementære partikler som elektroner gjøre noen svært merkelige og counter-intuitive ting, i strid med klassiske fysikkens lover. Slike sub-atomære, quantum virksomheter besitter både en partikkel og en bølge-lignende karakter. En del av konsekvensen av dette er at et elektron har noen sannsynlighet for å flytte fra den ene siden av en barriere til den andre, uavhengig av høyden eller bredden av en slik barriere.

Bemerkelsesverdig, kan et elektron oppnå dette feat, selv når den potensielle energien av barrieren overstiger den kinetiske energien til partikkelen. Slik atferd er kjent som quantum tunnelering, og flyten av elektroner er en tunneling gjeldende. Tunneling er begrenset til små avstander, så liten at en tunnel knutepunkt skal kunne lese en DNA-base (det er fire av dem i gentic kode, A, T, C og G) på en tid uten innblanding fra flanking baser. Men det samme følsomhet for avstand betyr at vibrasjoner av DNA, eller mellomliggende vannmolekyler, ødelegge tunneling signal. Så Lindsay gruppen har utviklet "anerkjennelse molekyler" som "tak" av hver base i sving, tviholder basen mot elektrodene som leser ut signal. De kaller denne nye metoden "anerkjennelse tunneling".

Den nåværende papir i Nature Nanoteknologi viser at single baser inne i et DNA-kjeden kan faktisk leses med tunnel, uten innblanding fra nabolandene baser. Hver base genererer en distinkt elektronisk signal, nåværende pigger av en bestemt størrelse og frekvens som tjener til å identifisere hver base. Overraskende, anerkjenner teknikken selv en liten kjemisk endring som naturen noen ganger bruker til å finjustere uttrykket av gener, den såkalte "epigenetic" kode. Mens en persons genetiske koden er den samme i hver celle, er epigenetic kode vev og celle spesifikke og i motsetning genomet selv, kan epigenome svare på miljømessige endringer i et individs liv.

For å lese lengre lengder av DNA, er Lindsay gruppe arbeider for å par det tunnelering avlesning til en nanopore-et lite hull der DNA er dratt, en base på en gang, ved et elektrisk felt. Artikkelen i Nature Nanoteknologi har noe å si om dette problemet også. "Det har alltid vært antatt at problemet med bestått DNA gjennom en nanopore er at den flyr gjennom så raskt at det ikke er tid til å lese sekvens" Lindsay sier. Overraskende, den tunneling signalene rapportert i Nanture Nanoteknologi papir vare i lang tid nesten et sekund per basen lese.

For å teste dette resultatet, sammen Lindsay med en kollega, Robert Ros, for å måle hvor hardt man må dra for å bryte kompleks av en DNA base pluss anerkjennelse molekyler. De gjorde dette med en atomic force mikroskop. "Disse målingene bekreftet lang levetid av komplekset, og viste også at lesing tiden kunne skje raskere på vilje ved bruk av en liten ekstra trekkraft" sier Ros. "Så scenen er satt for å kombinere tunneling leser med en enhet som går DNA gjennom en nanopore" sier Lindsay.

Sekvensering gjennom anerkjennelse tunneling, hvis vist seg vellykket for hele genomet lesing, kunne representere en betydelig besparelse i kostnader og forhåpentligvis i tide også. Eksisterende metoder for DNA-sekvensering vanligvis stole på å kutte hele molekylet inn tusenvis av komponent biter, snipping hverandre stigen av komplementære baser og leser disse fragmentene. Senere, må bitene være omhyggelig re-montert, ved hjelp av massive datakraft. "Direkte avlesning av epigenetic kode holder nøkkelen til å forstå hvorfor celler i ulike vev er forskjellige, til tross for at det samme genomet" Lindsay legger en referanse til den nye muligheten til å lese epigenetic modifikasjoner med tunneldrift.

Lindsay understreker mye arbeid gjenstår før påføring av sekvensering av anerkjennelse kan bli en klinisk virkelighet. "Akkurat nå kan vi bare lese to eller tre baser som tunneling probe siger over dem, og noen baser er mer nøyaktig identifisert enn andre," sier han. Forventer imidlertid gruppen dette for å forbedre som fremtidige generasjoner av anerkjennelse molekyler syntetiseres.

"Den grunnleggende fysikk er nå demonstrert" Lindsay sier, og legger til "kanskje det vil snart bli mulig å innlemme disse prinsippene i masseprodusert databrikker." Den dagen av "genomet på en lap-top" kanskje kommer raskere enn tidligere trodde var mulig.

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

Last Update: 6. October 2011 07:02

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