Разработан способ быстрого секвенирования ДНК

Практически все известные способы расшифровки последовательности пар оснований нуклеотидов ДНК, составляющих геном человека, оказываются неэффективны из-за высокой трудоемкости процесса (общее число таких пар, напомним, приближается к трем миллиардам), его длительности и затратности. Между тем преодоление этих трудностей произвело бы переворот в медицине: секвенирование ДНК человека позволяет, к примеру, выявить у него наличие предрасположенности к конкретным болезням.

Золотая игла сканирующего туннельного микроскопа с нанесенным на нее нуклеотидом располагается вблизи поверхности образца, что приводит к образованию водородных связей в комплементарной паре оснований (изображение получено авторами исследования).

По сообщению исследователей из Университета штата Аризона (США), им удалось найти радикальное решение проблемы — методику секвенирования, основанную на применении сканирующих атомно-силового и туннельного микроскопов. Предлагается определять комплементарные пары по прочности образовавшихся водородных связей (напомним, что четыре азотистых основания, входящие в состав ДНК, при соединении образуют разное количество связей: аденин и тимин — две, а гуанин и цитозин — три).

Процесс расшифровки нуклеотидной последовательности по новому методу протекает так: иглу микроскопа с нанесенными на нее нуклеотидами подносят к образцу ДНК и постепенно передвигают ее в горизонтальном направлении; при сближении с комплементарным основанием происходит образование водородных связей между одним из «считывающих» и исследуемым основаниями. Связь в парах типа «гуанин — цитозин» разорвать, как было отмечено выше, оказывается сложнее; осторожно отводя иглу от поверхности образца и измеряя падение тока в сформировавшейся цепи, ученые получают данные о том, какая пара оснований считывается в данный момент. Предложенный способ, таким образом, объединяет химические методы определения с использованием квантово-механических эффектов (протекание упомянутого тока обусловлено реализацией туннельного эффекта).

Практические измерения доказали эффективность рассматриваемого метода. «Если в паре образуются три водородные связи, ток значительно медленнее спадает с увеличением расстояния между нуклеотидами, чем в случае двух связей», — поясняет один из авторов исследования Стюарт Линдсей (Stuart Lindsay).

По мнению ученых, устройство, использующее такой способ считывания, потенциально способно обрабатывать несколько тысяч пар оснований в секунду.

Отчет исследователей готовится к публикации в журнале Nature Nanotechnology.

Подготовлено по материалам PhysOrg.

Каждый день слушайте итоговый подкаст Свободного Радио «Компьюлента»!