211service.com
Grafen może poprawić sekwencjonowanie DNA
Warstwy grafenu, które są tak grube jak atom, mogą pomóc w szybszym i tańszym sekwencjonowaniu ludzkiego DNA. Naukowcy z Harvard University i MIT wykazali, że arkusze grafenu mogą być dużym ulepszeniem w porównaniu z membranami, które są obecnie używane do sekwencjonowania nanoporów – techniki, która obiecuje przyspieszyć i uprościć sekwencjonowanie długich nici DNA.
Dzisiejsze techniki sekwencjonowania obejmują cięcie DNA, tworzenie wielu kopii fragmentów i odczytywanie przyłączonych do nich cząsteczek fluorescencyjnych. Takie podejście zajmuje kilka dni i kosztuje dziesiątki tysięcy dolarów. W przeciwieństwie do tego, sekwencjonowanie nanoporowe mogłoby teoretycznie przeanalizować cały ludzki genom w ciągu kilku godzin.
Sekwencjonowanie nanoporów polega na przeciąganiu nici DNA przez maleńki otwór w błonie zawieszonej w roztworze soli pod napięciem. Jony przemieszczające się z jednej strony membrany na drugą wytwarzają prąd elektryczny. Gdy każda z czterech różnych zasad DNA przechodzi przez por, siła prądu zmniejsza się w różnym stopniu, umożliwiając szybkie sekwencjonowanie zasad.
Nanopory używane obecnie do sekwencjonowania DNA są zazwyczaj wykonane z białek bakteryjnych lub są wytrawiane w błonach z azotku krzemu. Takie membrany mają grubość od 20 do 30 nanometrów. Ale ponieważ odległość między dwiema zasadami DNA wynosi 0,5 nanometra, w porach może utknąć jednocześnie od 40 do 60 zasad.
Cieńsza membrana, taka jak grafen, może pozwolić na dokładniejszą identyfikację zasad. Pojedyncza warstwa grafenu ma grubość zaledwie jednego nanometra. To najcieńsza membrana, jaką kiedykolwiek zastosowano w przypadku tego problemu, mówi Jene Golovchenko , profesor fizyki na Harvardzie, który kierował nową pracą, opublikowaną w Natura w tym tygodniu.
Naukowcy tworzą swoją membranę, umieszczając płatek grafenu nad otworem o szerokości 200 nanometrów pośrodku powierzchni z azotku krzemu. Następnie wiercą wiązką elektronów kilka porów o szerokości zaledwie nanometrów w grafenie. Membrana zostaje ostatecznie zanurzona w roztworze soli, który styka się ze srebrnymi elektrodami. Naukowcy zaobserwowali spadki prądu, gdy nić DNA przechodziła przez por, co pokazuje, że metoda ta może ostatecznie zostać wykorzystana do identyfikacji zasad DNA.
Dwie inne grupy badawcze wykazały ostatnio podobne osiągnięcia: jeden grupy w Instytucie Nanonauki Kavli i inny na Uniwersytecie Pensylwanii. Te postępy zostały opublikowane w czasopiśmie Litery nano w lipcu.
Jednak identyfikacja poszczególnych zasad DNA podczas przechodzenia przez pory zajmie znacznie więcej pracy. Każda z czterech różnych zasad DNA powinna w różnym stopniu blokować przepływ prądu przez pory. Każde urządzenie powinno być w stanie rozróżnić te różne ilości. Ale zrobienie tego będzie oznaczało precyzyjne kontrolowanie prędkości, z jaką DNA przelatuje przez pory. Taka kontrola jest największą przeszkodą w praktycznym sekwencjonowaniu nanoporów.
w Natura papieru, każda cząsteczka DNA, zawierająca tysiące zasad, przechodzi przez por w ciągu setek mikrosekund (około czterech nanosekund na zasadę). Odczytanie pojedynczej bazy, pojedynczo, oznaczałoby, że pasmo musiałoby być w porach ponad 1000 razy dłużej, mówi Jana Kasianowicza , biofizyk z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii, który wynalazł sekwencjonowanie nanoporów. Kasianowicz pracuje z naturalnymi błonami i porami zbudowanymi z białek bakteryjnych. Mogą one utrzymywać cząsteczki przez dziesiątki milisekund, ale są mniej stabilne niż azotek krzemu i grafen.
Przenieśli technologię nanoporów na wyższy poziom, mówi o niedawnych wysiłkach dotyczących grafenu. Wytworzenie nanoporów w stanie stałym było świetnym pomysłem, a wzbogacenie ich grafenem to świetny pierwszy krok. Ale dodaje: Aby móc sekwencjonować, musisz być w stanie kontrolować przepływ DNA przez nie i spowalniać go.