Chip terahercowy identyfikuje krótkie nici DNA

Jednym z bardziej znaczących praktycznych wyzwań, przed którymi stoją obecnie biolodzy molekularni, jest znalezienie lepszych sposobów identyfikacji krótkich nici DNA. Nazywane oligonukleotydami, te nici nukleotydów są niezwykle przydatne w procesach takich jak testy genetyczne, kryminalistyka i amplifikacja DNA.

Ale identyfikacja pasm to trochę pracochłonna sprawa. Prawie każda metoda wykrywania opiera się na fluorescencyjnych barwnikach i markerach, które mogą być wychwytywane przez czujniki optyczne, które zapewniają użyteczne, ale pośrednie wskazanie obecnych cząsteczek.

Ale biolodzy molekularni chcieliby lepszego systemu, który mierzy cechy zaangażowanych cząsteczek, a tym samym dostarcza bezpośrednich dowodów na sekwencję nukleotydów. Rzeczywiście, nad takimi systemami pracują różne zespoły badawcze, niektóre ze znaczącym sukcesem.

Dzisiaj Andrey Chernev z St Petersburg Academic University w Rosji i kilku kumpli twierdzą, że wynaleźli zupełnie nowy sposób identyfikacji oligonukleotydów za pomocą promieniowania terahercowego. Nasze wyniki pokazują nową metodę charakteryzowania oligonukleotydów w czasie rzeczywistym bez znaczników.

Oligonukleotyd to krótka jednoniciowa cząsteczka DNA lub RNA, zwykle składająca się z mniej niż stu zasad. Sekwencja tych zasad określa rodzaj oligonukleotydu. Zatem idealny mechanizm wykrywania ujawniłby tę sekwencję.

Pomysł Cherneva i spółki opiera się na sposobie, w jaki te cząsteczki rezonują. Mówią, że sekwencja zasad w oligonukleotydzie determinuje sposób, w jaki nić rezonuje z częstotliwościami w zakresie terahercowym. Ich pomysł polega na wychwyceniu pojedynczego oligonukleotydu we wnęce wypełnionej falami terahercowymi, które stymuluje to zachowanie rezonansowe.

Zaczynają od wytworzenia sygnału możliwie najbardziej zbliżonego do modu rezonansowego. Mierząc wyjście z tej wnęki, mogą określić, kiedy widma wejściowe dokładnie odpowiadają modom rezonansowym cząsteczki. To mówi im dokładnie, jaki rodzaj oligonukleotydów mają.

Taka jest teoria i przetestowali ją za pomocą urządzenia, które nazywają nanokanapką krzemową, studnią kwantową krzemu typu p otoczoną barierami domieszkowanymi borem. Powoduje to wytwarzanie promieniowania terahercowego wewnątrz odwiertu, w którym osadzony jest oligonukleotyd w stężeniu umożliwiającym wejście pojedynczej cząsteczki.

Przetestowali urządzenie na dwóch oligonukleotydach, jednym o długości 50 zasad, a drugim o długości 100 zasad i scharakteryzowali ich unikalne rezonanse. To pozwala im stosunkowo łatwo rozróżnić oba oligonukleotydy w temperaturze pokojowej.

Ale to dopiero pierwszy krok. Następnie potrzebna jest cała biblioteka unikalnych sygnatur związanych z każdym oligonukleotydem. To powinno być możliwe. Chernev i wsp. zamierzają rozpocząć od analizy rezonansów każdej cząsteczki monomeru i dimeru, które tworzą oligonukleotydy. Sygnatury z nich powinny stanowić rodzaj alfabetu, z którego można wyliczyć rezonanse bardziej złożonych polimerów.

To ciekawe podejście. Ale jest to zatłoczony obszar, w którym wiele dobrych pomysłów konkuruje, aby stać się standardową techniką szybkiej i taniej identyfikacji cząsteczek życia. Czerniew i spółka będą mieli pocięte prace, aby udowodnić, że ich metoda jest lepsza niż inne, które się pojawiają. Ale z pewnością ma potencjał i dlatego warto patrzeć na przyszłość.

Nr ref.: http://arxiv.org/abs/1407.6520 : Wykrywanie DNA przez pompowanie THz

ukryć