Секвенирование ДНК является основой революционных открытий в медицине и биологии. Например, полная последовательность генома человека дает важные сведения и указания для медицинской диагностики и здравоохранения. До сих пор, основным камнем преткновения была стоимость и скорость получения высокоточных последовательностей ДНК. Хотя значительные успехи были достигнуты за последние 10 лет, большинство современных высокопроизводительных приборов для секвенирования зависят от совершенства оптических методов для обнаружения четырех конструкционных элементов ДНК: A, C, G и T. Для дальнейшего прогресса с точки зрения точности измерения было разработано также и электронное секвенирование ДНК-последовательностей группы образцов ДНК. Недавно было доказано, что ДНК можно пропускать через белковые наноразмерные поры под действием электрического тока для получения электронных сигналы на мономолекулярном уровне. Однако, из-за того, что четыре нуклеотида очень схожи по своей химической структуре, их не возможно легко различить с помощью этой методики. Таким образом, научные исследования и разработки мономолекулярной электронной платформы секвенирования ДНК являются наиболее активной областью исследования и имеют все возможности для изготовления портативного секвенсора ДНК, способного расшифровывать геном для персонализированной медицины и основных биомедицинских исследований.
Группа исследователей из Колумбийского университета во главе с доктором Джинь Гюэ Джу (лаборатория Сэмюэля Рубена-Петера Дж. Виле, профессора технологии, профессора химической технологии и фармакологии, директора центра технологий генома и биомолекулярной инженерии), с коллегами из национального института стандартов и технологий (NIST) под руководством доктора Джона Касьянович (член американского физического общества), разработали новый подход к потенциальному пропуску ДНК через нанопоры в электронном виде на мономолекулярном уровне при неизменной разрешающей способности. Эта работа, озаглавленная «PEG-метки нуклеотидов и обнаружение с помощью нанопор мономолекулярных ДНК путем секвенирования методом синтеза» теперь опубликована в открытом доступе в интернет-журнале „Scientific Reports“ (2, 684 DOI: 10.1038/srep00684, 2012), из группы „Nature Publication“.
Сообщение о нанопоровом секвенировании путем синтеза (Nano-SBS) может точно выделить четыре базы ДНК путем определения 4-х различных размеров меток, вырабатываемых 5'-фосфат-модифицированными нуклеотидами на мономолекулярном уровне для определения последовательности. Основной принцип Nano-SBS стратегии описан следующим образом. Поскольку каждый аналог нуклеотида включен в растущую цепь ДНК при полимеразной реакции, ее метка вырабатывается фосфодиэфирным формированием связей. Метки войдут в нанопоры в порядке их выработки, производя уникальные ионные токи блокады сигнатур в зависимости от их различных химических структур, тем самым, определяя последовательность ДНК в электронном виде на мономолекулярном уровне при неизменной разрешающей способности. В качестве доказательства правильности принципа исследовательская группа приложила четыре метки полимера различной длины из терминального фосфата 2'-дезоксигуанозина-5'-тетрафосфата (модифицированного конструкционного элемента ДНК) и продемонстрировала эффективное включение нуклеотидных аналогов в полимеразной реакции, а также лучшее, чем базовая дискриминация среди четырех меток на мономолекулярном уровне на базе их сигнатур блокады ионного тока при прохождении через нанопоры. Такой подход в сочетании с полимеразой, прикрепленной к нанопорам в формате решетки, должен дать возможность создать мономолекулярную электронную Nano-SBS-платформу.
...
