PNAS:新技术实现纳米孔内快速测序DNA

2010-8-25 13:47 来源: 科技日报
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  据《每日科学》近日报道,由美国华盛顿大学物理学家领导的研究小组设计了一种新技术,可在纳米孔内对DNA进行快速测序,而且价格比较便宜。新方法可为癌症、糖尿病或某些成瘾患者量身绘制个性化基因测序蓝图,提供更加高效的个体医疗。相关论文发表于美国《国家科学院院刊》(PNAS)。

  论文主要作者、华盛顿大学物理教授简斯·冈德拉克表示,他们结合了生物和纳米技术,研制出这种DNA阅读器,阅读器内纳米微孔使用了一种取自耻垢分支杆菌的细胞外膜孔道蛋白A。这种纳米微孔只有1个纳米大小,仅够用来测量一个DNA的单分子链。

  研究人员把微孔放在一层浸泡在氯化钾溶液中的膜上,并施加一个小的电压,让电流通过微孔。不同的核苷酸通过纳米微孔时,回路中的电流就会随之改变,这些电流称为特征信号。胞核嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤和胸腺嘧啶这些DNA的基本组成要素,会生成不同的特征信号。

  研究小组解决了两个主要问题,一是生成仅容一条DNA单链通过的纳米微孔,且每次只能通过一个DNA分子。伯明翰亚拉巴马州立大学的迈克尔·涅德维斯改良了细菌,生成了合适的微孔。第二个问题是让核苷酸以每秒100万个的速率通过纳米微孔,冈德拉克说,这实在太快了,阅读器还无法在这种速度下对每个DNA分子信号分类整理。为了解决这一点,研究人员在每个要测量的核苷酸之间附带了一段双链DNA,双链DNA在微孔中流动不那么顺畅,磕磕绊绊地通过微孔,便可将下一个通过微孔的单链延迟几毫秒。这种延迟尽管只有千分之几秒,电信号却有了充足时间来识别目标核苷酸,从而从示波器轨迹上准确读出这些DNA序列。

这项研究由美国国家卫生研究院和美国人类基因研究院资助,旨在降低成本,使人类基因组完整测序成本降到1000美元或更少。该研究始于2004年,当时完整测序一个人的基因要花费1000万美元,而新的测序技术使人们向1000美元测序的目标迈进了一大步。