Posted in | Bionanotechnology

Биофизик Линдсей представляет Низкая стоимость Техника для чтения Секвенирование ДНК

Published on November 15, 2010 at 1:20 AM

Скручивание, лестницы-подобные формы молекулы ДНК-архитектурный план этажа жизни содержит вселенной информации, важной для здоровья человека.

Огромные усилия были инвестированы в расшифровке генетического кода, в том числе, наиболее известный, проект генома человека. Тем не менее, процесс чтения около трех миллиардов нуклеотидных "букв", чтобы выявить полный геном человека остается дорогостоящим и сложным делом.

Стюарт Линдсей биофизик на Biodesign института в Университете штата Аризона.

Теперь биофизик Стюарт Линдсей, из Biodesign института Университета штата Аризона, продемонстрировал технику, которая может привести к быстрому, низкие показатели стоимости целых геномов, путем признания основных химических единиц-нуклеотидных оснований, входящих в состав двойной спирали ДНК. Доступной технике для секвенирования ДНК была бы огромная заранее для медицины, что позволяет рутинной клинической скрининга генома для диагностических целей, дизайн нового поколения пользовательских посадки лекарственных средств; и даже геномной мастерить для повышения устойчивости клеток к вирусной или бактериальной инфекции.

Линдси АСУ Regents 'профессор и Карсон Президента кафедры физики и химии, а также директор Центра Biodesign Института биофизики для одиночных молекул. Его исследования группы появляется в текущем номере журнала Природа нанотехнологии.

Техника Линдси для чтения кода ДНК полагается на фундаментальные свойства материи известны как квантовое туннелирование, который работает на субатомном уровне. Согласно квантовой теории, элементарные частицы, как электроны могут сделать некоторые очень странные и нелогичные вещи, вопреки классическим законам физики. Такие субатомных, квантовые сущности обладают как частица и волнообразный характер. Часть следствием этого является то, что электрон имеет некоторую вероятность перехода из одной стороны барьера для других, независимо от высоты и ширины такой барьер.

Примечательно, что электрон может совершить этот подвиг, даже тогда, когда потенциальная энергия барьера превышает кинетическую энергию частицы. Такое поведение известно как квантовое туннелирование, и поток электронов туннельного тока. Туннелирование ограничивается малых расстояниях, настолько малы, что туннельный переход должен быть в состоянии прочитать одну оснований ДНК (Есть четыре из них в gentic код, A, T, C и G), в то время, без вмешательства со стороны фланговые базы. Но тот же чувствительность к расстоянию означает, что колебания ДНК, или промежуточные молекулы воды, разруха туннелирования сигнала. Так группа Линдсей разработал "признание молекул", что "схватить" каждой базы, в свою очередь, сжимая базы от электродов, которые зачитал сигнала. Они называют этот новый метод "признание туннелирования".

Текущие бумаги в Nature Nanotechnology, показывает, что одной базы внутри цепи ДНК действительно может быть прочитан с туннелированием, без вмешательства со стороны соседних баз. Каждая базовая генерирует различные электронный сигнал, выбросов тока определенного размера и частоты, которые служат для идентификации каждой базы. Удивительно, но даже техника признает небольшое изменение химической природы, которые иногда используются для тонкой настройки экспрессия генов, так называемое «эпигенетические» кода. Хотя генетический код человека одинакова в каждой клетке, эпигенетические код тканей и клеток конкретных и в отличие от генома себя, эпигенома могут реагировать на изменения окружающей среды в течение жизни человека.

Чтобы узнать больше длины ДНК, группа Линдси работает над парой туннелирования считывания, чтобы нанопор-крошечное отверстие, через которое ДНК тащили, одна база в то время, под действием электрического поля. Бумаги в Nature Nanotechnology есть, что сказать об этой проблеме тоже. "Это всегда считалось, что проблема с прохождением ДНК через нанопоры том, что она летит так быстро, что нет времени, чтобы прочитать последовательности" Линдсей говорит. Удивительно, туннелирование сигналы сообщалось в газете Nanture Нанотехнологии продолжаться в течение длительного времени почти секунду на базе читать.

Чтобы проверить этот результат, Линдсей совместно с коллегой, Роберт Рос, чтобы определить, насколько тяжело приходится тянуть сломать комплекс базы ДНК и признание молекул. Они сделали это с атомно-силового микроскопа. "Эти измерения подтвердили, длительный срок службы комплекса, а также показали, что чтение времени может быть ускорен по желанию применения небольшие дополнительные тяговые усилия", говорит Рос. «Таким образом, почва для объединения туннелирования читает с устройства, которое проходит ДНК через нанопоры" говорит Линдсей.

Секвенирование путем признания туннелирование, если оказался успешным для всей чтение генома, могут представлять существенную экономию в стоимости и, надеюсь, со временем, а также. Существующие методы секвенирования ДНК как правило, полагаются на сокращении полной молекулы на тысячи компонентов бит, Ножницы, кроме лестницы дополнительных баз и читают эти фрагменты. Позже, части должны быть тщательно собран заново, с помощью массивных вычислительных мощностей. "Прямой отсчет эпигенетические код является ключом к пониманию того, почему клетки в разных тканях различны, несмотря на то же геном" Линдсей добавляет ссылки на новые умения читать эпигенетические модификации с туннелирования.

Линдсей подчеркивает еще многое предстоит сделать, прежде применением последовательности на основе признания может стать клинической реальности. "Сейчас мы можем только прочитать две или три базы, как туннельный зонд дрейфует над ними, и некоторые базы более точно определить, чем другие," говорит он. Тем не менее, группа ожидает, что это улучшение в качестве будущих поколений признание молекулы синтезируются.

"Фундаментальной физики, теперь продемонстрировали" Линдси говорит, добавляя, "возможно, в скором времени будет возможность включить эти принципы в массовое производство компьютерных чипов." День "генома на колени вверх" могут приехать раньше, чем считалось ранее, это возможно.

Источник: http://www.asu.edu/

Last Update: 7. October 2011 09:07

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