211service.com
Sekvenování DNA v jediném okamžiku
Nová technologie sekvenování vyvíjená startupem z Massachusetts umožňuje vědcům pořizovat fotografie sekvence molekuly DNA. William Glover , prezident Genetika ZS , se sídlem v North Reading, MA, říká, že jeho přístup umožní vědcům číst dlouhé úseky DNA, což umožní sekvenování těžko čitelných oblastí, jako jsou vysoce repetitivní oblasti v rostlinách a některé části lidského genomu. Delší sekvence také vědcům umožňují rozlišovat mezi mateřskými a otcovskými chromozomy, které mohou mít důležité diagnostické aplikace.
Zobrazení sekvence: Tento obrázek ukazuje shluk molekul DNA (černá vlákna), které byly syntetizovány pomocí bází, které jsou speciálně označeny tak, aby byly viditelné pod elektronovým mikroskopem. Vědci používají tuto techniku k vývoji nové technologie sekvenování.
Vědci na nedávné sekvenační konferenci v San Diegu – kde byly poprvé představeny podrobnosti o technologii – tento přístup zaujal, protože je zcela odlišný, než dokonce i nejnovější metody na trhu. Je to překvapivé a potenciálně velmi silné, říká Vladimír Beneš , vedoucí Genomics Core Facility v Evropské laboratoři molekulární biologie v Německu.
Náklady na sekvenování DNA prudce klesly od doby, kdy byl v roce 2001 dokončen pracovní návrh lidského genomu. Většina nejnovějších technologií, které se v současnosti používají, generuje velmi krátké sekvence, asi 30 až 150 párů bází, které jsou pak spojeny dohromady pomocí speciálního softwaru. Ale tato metoda ne vždy zachytí všechny informace v genomu a některé části genomu je obtížné tímto způsobem sekvenovat, říká Glover.
ZS Genetics je v oboru relativním nováčkem a používá zcela odlišný přístup než kterýkoli jiný: elektronovou mikroskopii. Glover předpovídá, že do příštího roku bude technologie společnosti schopna generovat čitelné délky DNA dlouhé tisíce párů bází, a věří, že metoda sekvenování ZS Genetics se v příštích několika letech zlepší o faktor 10, díky čemuž je montáž dílů ještě jednodušší. Společnost byla nedávno přijata jako jeden z týmů v soutěži Archon X Prize for Genomics, což je ocenění 10 milionů dolarů pro první soukromě financovaný tým, který dokáže sekvenovat 100 lidských genomů za 10 dní.
Jakákoli technologie, která dokáže přenést délku čtení na rozsah 1 000 párů bází, bude určitě, přinejmenším pro de novo sekvenování, představovat velký průlom, říká Beneš. Říká, že tento přístup by mohl být zvláště užitečný pro sekvenování genomů rostlin, které mají často vysoce komplexní genomy plné opakujících se sekvencí, které je obtížné sestavit výpočtově.
Při šířce 2,2 nanometrů je DNA pod průměrným světelným mikroskopem neviditelná.
Ale elektronové mikroskopy, které detekují rozdíl v náboji mezi atomy, mají subnanometrové rozlišení. Zatímco sekvence přirozené DNA postrádá dostatečný kontrast, aby mohla být vyřešena elektronovou mikroskopií, Glover a jeho kolegové vyvinuli nový systém značení, aby byly molekuly viditelnější.
Výzkumníci syntetizují nový komplementární řetězec molekuly, který má být sekvenován, pomocí bází – písmen, která tvoří DNA – značených jódem a bromem. Označené báze se pod elektronovým mikroskopem objevují buď jako velké nebo malé tečky, což umožňuje vědcům číst sekvenci. (K přečtení sekvence čtyř bází nalezených v DNA budou zapotřebí tři různé značky. Tři z bází budou mít různé značky; čtvrtá jednoduše zůstane neoznačená.)
Substrát, na kterém jsou nově označené molekuly zobrazeny, je vyroben pomocí technik výroby polovodičů. Vědci vytvářejí křemíkové plátky s okénkem o tloušťce 11 nanometrů, které je dostatečně tenké na to, aby elektronový paprsek mikroskopu rozeznal molekulu DNA od substrátu. ZS Genetics také pracuje na výrobě ještě tenčích waferů pro zvýšení rozlišení obrazu.
DNA má tendenci se kroutit do zamotané hmoty, takže jednou z největších výzev bylo rozmotat kuličku do lineárních vláken, která lze číst. Výzkumníci nejprve proudí tekutinou přes mikrofluidní zařízení s malými kanálky. Toto zařízení se vejde na plátek potažený DNA. Síla toku natahuje molekuly DNA, které se pak přilepí na křemík. Elektronový paprsek je vystřelen přes plátek a kamera zachytí obraz z druhé strany. Oplatka je hlavním proprietárním spotřebním materiálem, říká Glover. Bude to špinavě levné.
Když je DNA natažena, vypadá jako žebřík, jehož základy tvoří příčky. Společnost zatím zveřejnila snímky 23kilobázového kousku DNA s použitím jediného typu označené báze. Glover říká, že on a jeho tým také provedli multilabelové sekvenování, i když odmítl poskytnout další podrobnosti.
Přesto má tato technologie před uvedením na trh cestu. Mnoho důkazů o principiálních metodách může fungovat ve výzkumu a vývoji, ale uvést je na [trh] není triviální, říká Beneš. Glover si klade za cíl mít letos v létě prototyp, který by vědci mohli otestovat, a příští rok rychlejší komerční systém. Dodává, že protože většina systému spoléhá na stávající technologie, bude snadné a levné upgradovat systém o nové kamery a software.
Delší čtení umožní vědcům podívat se na sbírky genetických variací, které byly zděděny společně, známé jako haplotypy. Tento druh analýzy může určit, zda konkrétní genetická variace byla předána od matky nebo otce jedince. Nedávný výzkum naznačuje, že v některých případech může mít dědičnost po matce nebo otci vliv na závažnost onemocnění, což je jev, který může být častější, než se dříve myslelo.