211service.com
DNS sekvencēšana vienā mirklī
Jaunā sekvencēšanas tehnoloģija, ko izstrādā Masačūsetsas starta uzņēmums, ļauj zinātniekiem fotografēt DNS molekulas secību. Viljams Glovers , prezidents ZS Ģenētika , kas atrodas North Reading, MA, saka, ka viņa pieeja ļaus zinātniekiem nolasīt garus DNS posmus, ļaujot secināt grūti salasāmus apgabalus, piemēram, ļoti atkārtojošos augu reģionus un dažas cilvēka genoma daļas. Garākas sekvences arī ļauj zinātniekiem atšķirt mātes un tēva hromosomas, kurām varētu būt svarīgi diagnostikas pielietojumi.
Redzot secību: Šajā attēlā redzama DNS molekulu kopa (melni pavedieni), kas ir sintezētas, izmantojot bāzes, kas ir īpaši marķētas, lai tās būtu redzamas elektronu mikroskopā. Zinātnieki izmanto šo paņēmienu, lai izstrādātu jaunu sekvencēšanas tehnoloģiju.
Zinātniekus nesenajā secības konferencē Sandjego, kur pirmo reizi tika prezentēta sīkāka informācija par tehnoloģiju, šī pieeja ieinteresēja, jo tā ir pilnīgi atšķirīga no pat jaunākajām metodēm tirgū. Tas ir pārsteidzoši un potenciāli ļoti spēcīgi, saka Vladimirs Benešs , Genomics Core Facility vadītājs Eiropas Molekulārās bioloģijas laboratorijā Vācijā.
DNS sekvencēšanas izmaksas ir strauji samazinājušās kopš cilvēka genoma darba projekta pabeigšanas 2001. gadā. Lielākā daļa jaunāko pašlaik izmantoto tehnoloģiju ģenerē ļoti īsas sekvences, apmēram 30 līdz 150 bāzes pārus, kuras pēc tam tiek savienotas ar īpašu programmatūru. Bet šī metode ne vienmēr uztver visu informāciju genomā, un dažas genoma daļas ir grūti secināt šādā veidā, saka Glovers.
ZS Genetics ir salīdzinoši jauns šajā jomā un izmanto pieeju, kas ievērojami atšķiras no jebkuras citas: elektronu mikroskopiju. Glovers prognozē, ka līdz nākamajam gadam uzņēmuma tehnoloģija spēs ģenerēt nolasāmus DNS garumus, kas ir tūkstošiem bāzes pāru gari, un viņš uzskata, ka ZS Genetics sekvencēšanas metode tuvāko pāris gadu laikā uzlabosies 10 reizes. padarot gabalus vēl vieglāk saliekamus. Uzņēmums nesen tika pieņemts kā viena no komandām Archon X Genomikas balvā, kas ir 10 miljonu ASV dolāru balva pirmajai privāti finansētai komandai, kas 10 dienu laikā var sekvencēt 100 cilvēka genomus.
Jebkāda tehnoloģija, kas var palielināt nolasīšanas garumu līdz 1000 bāzes pāru diapazonam, noteikti, vismaz de novo sekvencēšanai, būs liels sasniegums, saka Benes. Viņš saka, ka šī pieeja varētu būt īpaši noderīga augu genomu sekvencēšanai, kuriem bieži ir ļoti sarežģīti genomi, kas piepildīti ar atkārtotām sekvencēm, kuras ir grūti apkopot skaitļošanas ceļā.
2,2 nanometru platumā DNS ir neredzama vidējā gaismas mikroskopā.
Bet elektronu mikroskopiem, kas nosaka lādiņa atšķirību starp atomiem, ir subnanometra izšķirtspēja. Lai gan dabiskās DNS secībai trūkst pietiekami daudz kontrasta, lai to atrisinātu ar elektronu mikroskopiju, Glovers un viņa kolēģi izstrādāja jaunu marķēšanas sistēmu, lai padarītu molekulas redzamākas.
Pētnieki sintezē jaunu komplementāru molekulas virkni, kas tiks sekvencēta, izmantojot bāzes - burtus, kas veido DNS, kas marķēti ar jodu un bromu. Iezīmētās bāzes elektronu mikroskopā parādās kā lieli vai mazi punktiņi, ļaujot zinātniekiem nolasīt secību. (Lai nolasītu četru DNS atrasto bāzu secību, būs nepieciešamas trīs dažādas etiķetes. Trīs no bāzēm būs ar dažādām etiķetēm; ceturtā vienkārši paliks nemarķēta.)
Substrāts, uz kura tiek attēlotas tikko iezīmētās molekulas, ir izgatavots, izmantojot pusvadītāju ražošanas metodes. Zinātnieki ģenerē silīcija vafeles ar 11 nanometru biezu logu, kas ir pietiekami plāns, lai mikroskopa elektronu stars varētu atšķirt DNS molekulu no substrāta. ZS Genetics arī strādā pie vēl plānāku vafeļu izgatavošanas, lai uzlabotu attēla izšķirtspēju.
DNS ir tendence saritināties samezglotā masā, tāpēc viens no lielākajiem izaicinājumiem ir bijis šīs bumbiņas atjaukšana lineāros pavedienos, kurus var nolasīt. Pētnieki vispirms plūst šķidrumu caur mikrofluidisku ierīci ar maziem kanāliem. Šī ierīce ietilpst ar DNS pārklātās vafeles augšpusē. Plūsmas spēks izstiepj DNS molekulas, kuras pēc tam pielīp pie silīcija. Caur plāksnīti tiek izšauts elektronu stars, un kamera uztver attēlu no otras puses. Vafele ir galvenais patentētais palīgmateriāls, saka Glovers. Tas būs netīri lēti.
Izstieptā veidā DNS izskatās kā kāpnes ar pamatnēm, kas veido kāpnes. Līdz šim uzņēmums ir izlaidis 23 kilobāzes DNS gabala attēlus, izmantojot viena veida marķētu bāzi. Glovers saka, ka viņš un viņa komanda ir veikuši arī vairāku etiķešu secību, lai gan viņš atteicās sniegt papildu informāciju.
Tomēr tehnoloģijai ir jāstrādā, pirms tā ir gatava tirgum. Pētniecībā un attīstībā var darboties daudzi principiālu metožu pierādījumi, taču to ieviešana [tirgū] nav triviāla, saka Benešs. Glovera mērķis ir šovasar izveidot prototipu, ko zinātnieki varētu pārbaudīt, un ātrāku komerciālo sistēmu nākamgad. Viņš piebilst, ka, tā kā lielākā daļa sistēmas balstās uz esošajām tehnoloģijām, būs viegli un lēti atjaunināt sistēmu ar jaunām kamerām un programmatūru.
Ilgāki lasījumi ļaus zinātniekiem aplūkot ģenētisko variāciju kolekcijas, kas ir mantotas kopā, kas pazīstamas kā haplotipi. Šāda veida analīze var noteikt, vai konkrēta ģenētiskā variācija ir nodota no indivīda mātes vai tēva. Jaunākie pētījumi liecina, ka dažos gadījumos mātes vai tēva mantojums var ietekmēt slimības smagumu, un šī parādība var būt biežāka, nekā tika uzskatīts iepriekš.