DNR sekos nustatymas akimirksniu

Masačusetso startuolio kuriama nauja sekos nustatymo technologija leidžia mokslininkams fotografuoti DNR molekulės seką. Viljamas Gloveris , prezidentas ZS genetika , įsikūręs North Reading, MA, teigia, kad jo metodas leis mokslininkams nuskaityti ilgus DNR ruožus, todėl bus galima nustatyti sunkiai įskaitomų sričių, pvz., labai pasikartojančių augalų ir kai kurių žmogaus genomo dalių, seką. Ilgesnės sekos taip pat leidžia mokslininkams atskirti motinos ir tėvo chromosomas, kurios gali turėti svarbių diagnostinių pritaikymų.

Matyti seką: Šiame paveikslėlyje pavaizduota DNR molekulių (juodųjų gijų), kurios buvo susintetintos naudojant bazes, kurios yra specialiai paženklintos, kad būtų matomos elektroniniu mikroskopu, spiečius. Mokslininkai naudoja šią techniką kurdami naują sekos nustatymo technologiją.

Neseniai San Diege vykusioje sekos nustatymo konferencijoje mokslininkai, kur pirmą kartą buvo pristatytos technologijos detalės, susidomėjo šiuo požiūriu, nes jis visiškai skiriasi nuo net naujausių metodų rinkoje. Tai stebina ir galbūt labai galinga, sako Vladimiras Benesas , Genomics Core Facility vadovas Europos molekulinės biologijos laboratorijoje Vokietijoje.

DNR sekos nustatymo kaina smarkiai sumažėjo nuo to laiko, kai 2001 m. buvo baigtas dirbtinis žmogaus genomo projektas. Dauguma šiuo metu naudojamų naujausių technologijų sukuria labai trumpas sekas, apie 30–150 bazinių porų, kurios vėliau sujungiamos specialia programine įranga. Tačiau šis metodas ne visada fiksuoja visą genomo informaciją, o kai kurias genomo dalis sunku sekti tokiu būdu, sako Gloveris.

ZS Genetics yra santykinai naujokas šioje srityje ir naudoja labai skirtingą metodą nei bet kuris kitas: elektroninę mikroskopiją. Gloveris prognozuoja, kad iki kitų metų bendrovės technologija galės sukurti skaitomus DNR ilgius, kurių ilgis yra tūkstančiai bazinių porų, ir jis mano, kad ZS Genetics sekos nustatymo metodas per ateinančius porą metų pagerės 10 kartų. todėl detales dar lengviau surinkti. Bendrovė neseniai buvo priimta kaip viena iš komandų Archon X premijoje už genomiką, 10 milijonų dolerių apdovanojimą pirmajai privačiai finansuojamai komandai, galinčiai sekti 100 žmogaus genomų per 10 dienų.

Bet kokia technologija, galinti padidinti skaitymo ilgį iki 1000 bazinių porų diapazono, neabejotinai, bent jau de novo sekos nustatymo atveju, bus didelis laimėjimas, sako Benesas. Jis sako, kad šis metodas gali būti ypač naudingas nustatant augalų genomus, kurių genomai dažnai yra labai sudėtingi, užpildyti pasikartojančiomis sekomis, kurias sunku surinkti skaičiuojant.

2,2 nanometro pločio DNR yra nematoma vidutiniu šviesos mikroskopu.

Tačiau elektroniniai mikroskopai, aptinkantys atomų krūvio skirtumą, turi subnanometro skiriamąją gebą. Nors natūralios DNR sekai trūksta pakankamai kontrasto, kad ją būtų galima išspręsti elektroniniu mikroskopu, Gloveris ir jo kolegos sukūrė naują ženklinimo sistemą, kad molekulės būtų labiau matomos.

Tyrėjai susintetina naują papildomą molekulės grandinę, kuri turi būti sekvenuojama naudojant bazes – raides, sudarančias DNR – pažymėtas jodu ir bromu. Pažymėtos bazės po elektroniniu mikroskopu atrodo kaip dideli arba maži taškai, leidžiantys mokslininkams perskaityti seką. (Norint nuskaityti keturių DNR rastų bazių seką, reikės trijų skirtingų etikečių. Trys iš bazių turės skirtingas etiketes; ketvirtoji tiesiog liks nepažymėta.)

Substratas, ant kurio vaizduojamos naujai pažymėtos molekulės, yra pagamintas naudojant puslaidininkių gamybos metodus. Mokslininkai sukuria silicio plokšteles su 11 nanometrų storio langeliu, kuris yra pakankamai plonas, kad mikroskopo elektronų pluoštas galėtų atskirti DNR molekulę nuo substrato. „ZS Genetics“ taip pat stengiasi sukurti dar plonesnes plokšteles, kad padidintų vaizdo skiriamąją gebą.

DNR turi tendenciją susisukti į susivėlusią masę, todėl vienas didžiausių iššūkių buvo išpainioti tą rutulį į linijines sruogas, kurias galima perskaityti. Tyrėjai pirmiausia teka skystį per mikrofluidinį prietaisą su mažais kanalais. Šis prietaisas telpa ant DNR dengtos plokštelės. Srauto jėga ištempia DNR molekules, kurios vėliau prilimpa prie silicio. Per plokštelę šaudomas elektronų spindulys, o kamera fiksuoja vaizdą iš kitos pusės. Gloveris sako, kad plokštelė yra pagrindinė patentuota vartojimo medžiaga. Tai bus pigu.

Ištempta DNR atrodo kaip kopėčios, kurių pagrindai sudaro laiptelius. Iki šiol bendrovė išleido 23 kilobazių DNR gabalo vaizdus, ​​​​naudojant vieno tipo pažymėtą bazę. Gloveris sako, kad jis ir jo komanda taip pat atliko kelių etikečių seką, nors atsisakė pateikti papildomos informacijos.

Vis dėlto, technologija turi daug būdų, kol ji bus paruošta rinkai. Benesas sako, kad daug principų įrodančių metodų gali būti naudingi MTTP srityje, tačiau jų pateikimas [rinkai] nėra trivialus. Gloveris šią vasarą siekia turėti prototipą, kurį galėtų išbandyti mokslininkai, o kitąmet – greitesnę komercinę sistemą. Jis priduria, kad kadangi didžioji dalis sistemos remiasi esamomis technologijomis, bus lengva ir nebrangu atnaujinti sistemą naujomis kameromis ir programine įranga.

Ilgesnis skaitymas leis mokslininkams pažvelgti į genetinių variacijų, kurios buvo paveldėtos kartu, rinkinius, žinomus kaip haplotipai. Tokia analizė gali nustatyti, ar tam tikra genetinė variacija buvo perduota iš asmens motinos ar tėvo. Naujausi tyrimai rodo, kad kai kuriais atvejais motinos ar tėvo paveldėjimas gali turėti įtakos ligos sunkumui – reiškinys gali būti dažnesnis nei manyta anksčiau.

paslėpti