211service.com
DNA-sekventering i et øjeblik
En ny sekventeringsteknologi, der udvikles af en startup i Massachusetts, giver videnskabsmænd mulighed for at tage billeder af sekvensen af et DNA-molekyle. William Glover , formand for ZS Genetik , baseret i North Reading, MA, siger, at hans tilgang vil gøre det muligt for forskere at læse lange strækninger af DNA, hvilket muliggør sekventering af svært-læselige områder, såsom stærkt gentagne områder i planter og nogle dele af det menneskelige genom. Længere sekvenser gør det også muligt for forskere at skelne mellem maternelle og faderlige kromosomer, som kan have vigtige diagnostiske anvendelser.
Se sekvensen: Dette billede viser en klynge af DNA-molekyler (sorte strenge), der er blevet syntetiseret ved hjælp af baser, der er specielt mærket til at være synlige under et elektronmikroskop. Forskere bruger denne teknik til at udvikle en ny sekventeringsteknologi.
Forskere ved en nylig sekvenseringskonference i San Diego – hvor detaljer om teknologien blev præsenteret for første gang – var fascinerede af tilgangen, fordi den er helt anderledes end selv de nyeste metoder på markedet. Det er overraskende og potentielt meget kraftfuldt, siger Vladimir Benes , leder af Genomics Core Facility ved European Molecular Biology Laboratory, i Tyskland.
Omkostningerne ved DNA-sekventering er faldet, siden et arbejdsudkast til det menneskelige genom blev færdiggjort i 2001. De fleste af de nyeste teknologier, der i øjeblikket er i brug, genererer meget korte sekvenser, omkring 30 til 150 basepar, som derefter sys sammen med speciel software. Men denne metode fanger ikke altid al information i genomet, og nogle dele af genomet er svære at sekvensere på denne måde, siger Glover.
ZS Genetics er en relativ nykommer på området og bruger en tilgang, der er meget anderledes end nogen anden: elektronmikroskopi. Glover forudser, at virksomhedens teknologi til næste år vil være i stand til at generere læsbare DNA-længder, der er tusindvis af basepar lange, og han mener, at ZS Genetics' sekventeringsmetode vil forbedres med en faktor 10 i løbet af de næste par år. gør stykkerne endnu nemmere at samle. Virksomheden blev for nylig accepteret som et af holdene i Archon X Prize for Genomics, en pris på 10 millioner dollars til det første privatfinansierede hold, der kan sekventere 100 menneskelige genomer på 10 dage.
Enhver teknologi, der kan bringe læselængden til 1.000 basepar-området, vil helt sikkert, i det mindste for de novo-sekventering, repræsentere et stort gennembrud, siger Benes. Han siger, at tilgangen kan være særlig nyttig til at sekventere genomerne af planter, som ofte har meget komplekse genomer fyldt med gentagne sekvenser, der er vanskelige at samle beregningsmæssigt.
Ved en bredde på 2,2 nanometer er DNA usynligt under et gennemsnitligt lysmikroskop.
Men elektronmikroskoper, som registrerer forskellen i ladning mellem atomer, har en subnanometer opløsning. Mens sekvensen af naturligt DNA mangler tilstrækkelig kontrast til at blive løst med elektronmikroskopi, udviklede Glover og hans kolleger et nyt mærkningssystem for at gøre molekylerne mere synlige.
Forskere syntetiserer en ny komplementær streng af molekylet, der skal sekventeres ved hjælp af baser - bogstaverne, der udgør DNA - mærket med jod og brom. De mærkede baser vises som enten store eller små prikker under elektronmikroskopet, hvilket gør det muligt for forskere at læse sekvensen. (Tre forskellige mærker vil være nødvendige for at læse sekvensen af de fire baser fundet i DNA. Tre af baserne vil have forskellige mærker; den fjerde vil simpelthen forblive umærket.)
Substratet, hvorpå de nyligt mærkede molekyler er afbildet, er fremstillet ved hjælp af halvlederfremstillingsteknikker. Forskere genererer siliciumwafers med et 11 nanometer tykt vindue, som er tyndt nok til, at mikroskopets elektronstråle kan skelne DNA-molekylet fra substratet. ZS Genetics arbejder også på at lave endnu tyndere wafere for at øge opløsningen af billedet.
DNA har en tendens til at krølle sig sammen til en sammenfiltret masse, så en af de største udfordringer har været at udrede den kugle til lineære tråde, der kan læses. Forskere strømmer først væske gennem en mikrofluidisk enhed med små kanaler. Den enhed passer oven på den DNA-coatede wafer. Strømmens kraft strækker DNA-molekylerne, som så klæber til siliciumet. En elektronstråle skydes gennem waferen, og et kamera fanger billedet fra den anden side. Waferen er den største proprietære forbrugsvare, siger Glover. Det vil være snavs billigt.
Når det strækkes, ligner DNA'et en stige med baserne, der danner trinene. Indtil videre har virksomheden frigivet billeder af et 23-kilobase stykke DNA ved hjælp af en enkelt type mærket base. Glover siger, at han og hans team også har lavet multilabel-sekventering, selvom han afviste at give yderligere detaljer.
Alligevel har teknologien en vej at gå, før den er markedsklar. Masser af principielle metoder kan fungere i R&D, men at bringe det på markedet er ikke trivielt, siger Benes. Glover sigter mod at have en prototype til sommer, som forskere kan teste, og et hurtigere kommercielt system næste år. Han tilføjer, at fordi det meste af systemet er afhængigt af eksisterende teknologier, vil det være nemt og billigt at opgradere systemet med nye kameraer og software.
Længere læsninger vil give videnskabsmænd mulighed for at se på samlinger af genetiske variationer, der er blevet nedarvet sammen, kendt som haplotyper. Denne form for analyse kan afgøre, om en bestemt genetisk variation er blevet videregivet fra individets mor eller far. Nyere forskning tyder på, at i nogle tilfælde kan mors eller faderlige arv påvirke sværhedsgraden af sygdommen, et fænomen, der kan være mere almindeligt end tidligere antaget.