Nízkonákladová technologie dekódování DNA se blízí pokroku nanoporu

Sekvencní technologie je velkým príslibem jako nástroj pro diagnostiku onemocnení patogenu a identifikaci tkáne z DNA, kterou obsahují. Pokud mohou být prekonány nárocné technologické bariéry, pak nekdy uvidíme kapesní zarízení, která mohou rychle identifikovat sekvence DNA z tkánových vzorku a prostredí.

To je pohled týmu z University of Washington (UW) v Seattlu, který vyvinul techniku ??zahrnující "nanopore DNA sequencing", která prekonává významnou technologickou prekázku pro postupující technologii sekvenování. Vedci popisují svou novou techniku ??v clánku publikovaném v casopise Prírodní biotechnologie.

Vedoucím projektu je Jen Gundlach, profesor fyziky UW. Vedoucí autor Andrew Laszlo, vysokoskolský student v laboratori prof. Gundlacha, ríká, ze jedním z duvodu, proc vedci vzbuzují nadrazenost nanoporézní DNA, je, ze verí, ze by to jednoho dne mohlo vést k rucním lékarským skenerum, které pripomínají multifunkcní "trikolory" pouzívané zamestnanci Hvezdné flotily fiktivní vesmír Star Treku, který rychle detekuje patogeny nebo diagnostikuje genetické poruchy na míste.

Klícovým krokem je schopnost identifikovat dlouhé sekvence DNA

Nová technologie zalozená na nanoporech UW týmu je dulezitá, protoze vetsina soucasných technologií pouzívaných pri sekvencování genu muze pracovat pouze s krátkými sekvencemi DNA - typicky úryvky ne více nez 50 az 100 ze ctyr nukleotidu nebo "písmen", které tvorí genetický kód, konkrétne molekuly adenin, guanin, cytosin a thymin. Navíc musí být v laboratori zpracovávány rozsáhlými sekvenacními zarízeními a muze trvat dny az týdny, dokud nebude pripraven výsledek.

Technologie nanoporu vsak slibuje, ze tuto zmenu zredukuje a ze technologie sekvenování DNA bude levnejsí a rychlejsí a nyní s krokem, který UW prijal, také schopni vyporádat se s delsími sekvencemi DNA.

Technologie vyuzívá prirozený jev nalezený u bakterií, jejichz membrány obsahují drobné tunelovité struktury, které jim umoznují rídit tok zivin uvnitr a ven z bunek.

Nanopore má otvor, který je dostatecne velký, aby mohl projít jediný retezec DNA

Pro jejich studium pouzil tým UW geneticky zmenený bakteriální pór s prumerem kolem jednoho nanometru - neboli 1 miliardtina metru - v jeho nejuzsím bode, tudíz výraz "nanopore". Takový otvor je dostatecne velký, aby umoznil projít jediným vláknem DNA, a to soucasne s jedním nukleotidem.

DNA nanoporální sekvencer má nanoporový kanál mezi dvema solnými roztoky, které s pomocí napetí, které se na nej aplikují, donutí ionty procházet kanálem. Výsledný elektrický proud muze být meren. Ale kdyz pramen DNA prochází kanálem, zmení proud zasahováním do hladkého toku iontu. Mnozství interference závisí na tom, který ze ctyr nukleotidu je uvnitr nanoporu v té dobe.

Taková technologie byla nejprve navrzena pred 20 lety a vedci doufali, ze rychle povedou k rychlejsí a levnejsí alternative k sekvencování genu. Ale jejich úsilí o dosazení takového svatého grálu bylo postizeno problémy - vetsinou se týkalo presné identifikace nukleotidu, které procházely nanoporem. Nekdy se chybí nukleotid nebo se cte vícekrát, coz vede k nepresnému odectení sekvence DNA.

Ale tým UW nasel zpusob, jak obejít tento problém. Jejich resení bylo ve dvou cástech. První cást spocívala v identifikaci elektronického podpisu - jedinecného vzoru zmen elektrického proudu v nanoporech - vzniklého, kdyz kazdá z 256 ruzných kombinací ctyr nukleotidu prosla nanoporou.

Druhá cást mela odpovídat elektronickým podpisum generovaným pri segmentu DNA procházejícího nanoporou s temi, které jsou ocekávány od známých DNA sekvencí genu a genomu ulozených v databázi. Zápas by ukázal, ze konkrétní DNA sekvence procházející nanoporem byla blízká nebo stejná jako v databázi.

První nanopory vytvorily interpretovatelné podpisy dlouhých sekvencí DNA

Testovali jejich metodu pomocí nanoporového sekvenceru, aby si precetli genetický kód viru infikující bakterie nazývaného bakteriofága Phi X 174, který se casto pouzívá k testování nových genomových sekvenceru. Zjistili, ze jejich nanoporový systém byl schopen spolehlive císt sekvence az do poctu 4500 nukleotidu z genetického kódu viru.

Spoluautor Jay Shendure, docent ved genomu UW, který popisuje úspech jako "významný krok vpred", ríká, ze je to "poprvé, co nekdo ukázal, ze nanopory mohou být pouzity k generování interpretovatelných podpisu odpovídajících velmi dlouhým sekvencím DNA od reálných genomu. "

Vzhledem k tomu, ze se spoléhá na shodné vzorce se známými sekvencemi, technologie muze být pouzita pouze k identifikaci jiz sekvenovaných genu a genomu - nedokáze identifikovat nove objevené, ale tým je presvedcen, ze je to jen otázkou casu, nez to muze udelat nová verze .

Prostredky z Národních ústavu zdravotnictví, Národních výzkumných ústavu lidského genomu a Národní vedecké nadace pomohly financovat projekt.

Mezitím, v cervenci 2013, Zdravotní novinky dnes se dozvedeli, jak výzkumníci ve Svýcarsku vyvinuli rychlý test na bakterie pomocí nano-velikosti "tuning vidlic", které by mohly zkrátit casový limit pro identifikaci príciny bakteriálních infekcí na minuty namísto dnu. Takový test by mohl zachránit zivoty tím, ze zajistí, aby pacienti s váznými infekcemi dostali správné antibiotikum.

Parkinsonoví pacienti mají prospech z chuze do beatu

Pri rehabilitaci u pacientu s Parkinsonovou chorobou muze být výhodné procházet se specifickým rytmem. Parkinsonova choroba je onemocnení mozku charakterizované tresy a obtízemi pri chuzi. Nakonec ztuhlost se stává prominentní, svaly se zhorsují a drzení tela je ovlivneno. Mnoho studií doporucilo urcité rehabilitacní cesty, pricemz jedna z nich byla akupunktura.

(Health)

Úbytek sluchu kvuli antibiotikum muze být prevenován genetickým screeningem pacientu predem

Nekterí pacienti mají genetickou mutaci, coz znamená, ze jsou více ohrozeni ztrátou sluchu po uzívání antibiotik nazývaných aminoglykosidy. Odborníci, kterí písí v britském lékarském vestníku (BMJ), verí, ze screening pacientu na tuto genetickou mutaci to muze zabránit. Spisovatelé Maria Bitner-Glindziczová a Shamima Rahman z Institutu detského zdraví v Londýne v Anglii vysvetlují, ze aminoglykosidy jsou cennými antibiotiky pro takové závazné infekce, jako jsou komplikované infekce mocových cest, tuberkulóza a septikémie.

(Health)