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I ricercatori imparano individuare le mutazioni del DNA

Un gruppo dei ricercatori di ASU piombo da Nongjian Tao e da Peiming Zhang ha sviluppato un nuovo, tecnica dell'innovazione per la rilevazione delle mutazioni del DNA.

I loro risultati, pubblicati negli atti del giornale dell'Accademia nazionale delle scienze, dimostrano per la prima volta, la possibilità direttamente dell'identificazione delle queste mutazioni, o singoli polimorfismi del nucleotide (SNPs), per mezzo di misurazione della conduttanza elettrica di singola molecola del DNA.

SNPs è sepolto nelle 3 miliardo basi del DNA del genoma umano. In media, SNPs si presenta circa una volta in ogni 1.000 basi del DNA, sebbene non ogni SNP trovato necessariamente causi una mutazione di malattia. Catalogare queste differenze sottili del DNA fra il popolo aiuterà la ricerca in corso per capire ed impedire la malattia.

“C'è un molto richiesto per tenere la carreggiata le mutazioni per ricerca sul cancro o applicazioni di futuro nella medicina personale,„ ha detto Zhang, un professore della ricerca del socio del centro per la singola biofisica della molecola nell'istituto di Biodesign a ASU. “Corrente, il punto principale nel fare questo tipo di rilevazione è che è ancora costoso e che richiede tempo.„

L'innovazione del gruppo conta su una proprietà fisica intrinseca di DNA, la conducibilità, o come la molecola può portare una corrente elettrica. Secondo le circostanze sperimentali, il DNA precedentemente è stato indicato per fungere da sia conduttore che isolante.

“Abbiamo sviluppato una tecnologia che permette che noi colleghiamo le singole molecole elettricamente in un circuito elettrico,„ abbiamo detto Tao, professore di ingegneria elettrica nell'IRA A. Fulton School di assistenza tecnica ed anche un ricercatore nel centro per la ricerca semi conduttrice di elettronica. “Possiamo ora direttamente leggere le informazioni biologiche in una singola molecola del DNA.„

La misura della conducibilità del DNA in primo luogo richiede il cablaggio della molecola elettricamente in un circuito elettrico. “Ci sono due cose richieste per effettuare una misura affidabile,„ ha detto Tao. “Uno è che il DNA deve essere legato fra due elettrodi e l'altro è che dovrebbe essere fatto leggermente in un salato, l'ambiente dell'acqua per minimizzare tutte le perturbazioni alla struttura della molecola.„ I dottorandi Joshua Hihath e Bingqian Xu di ingegneria elettrica hanno effettuato la misura.

“Misuriamo una piccola corrente attraverso le molecole facendo uso di un'impostazione sviluppata nel nostro laboratorio.„ Tao detto. “È un'impostazione concettualmente semplice. Riunite appena due elettrodi, li separate a parte, fate la misura e la ripetizione.„

Nella tecnica, i gruppi chimici del linker che formano un'obbligazione stretta con gli elettrodi dell'oro sono fissati alle estremità di DNA. Un calo di una soluzione del DNA poi è collocato fra i due elettrodi. Il DNA attacca spontaneamente alla superficie degli elettrodi.

Mentre il suggerimento è separato ed i due elettrodi presi in giro a parte, le molecole di DNA finalmente sono disperse al punto di misurazione della corrente di singola molecola del DNA.

Per un proof of concept del potenziale per la misurazione dello SNPs, il gruppo ha utilizzato un DNA di 11 o 12 basi nella lunghezza dissolta in una soluzione salina fisiologicamente pertinente. Da un suggerimento di elettrodo, una piccola corrente, o un diagonale è usata per sondare gli stati elettronici interni di DNA. Misurando la conduttanza, il gruppo poteva capire le informazioni di sequenza nel DNA e se ci sia un disadattamento rispetto ad una sequenza normale del DNA.

Che cosa hanno trovato era che appena una singola mutazione della coppia di basi in una molecola del DNA, come sostituzione del A per un G, può causare un cambiamento significativo nella conduttanza della molecola. La misura è estremamente sensibile, poichè l'alterazione di singola base sulla pila del DNA può aumentare o fare diminuire la conducibilità di un'elica del DNA, secondo il tipo di base mal adattata.

Non solo era il gruppo la prima misura SNPs in questo modo, ma erano egualmente i primi per effettuare la misura in un ambiente dell'acqua relativo a quello trovato nei sistemi biologici.

Come la corrente attraversa la molecola del DNA è ancora un argomento di speculazione. “Un'idea è che c'è un trattamento di traforo,„ ha detto Tao.

Il DNA ha beni che rendono gli elettroni più facili scavare una galleria da parte a parte, appena come l'abbassamento della collina per un guida maratona.

“L'altro può essere un fenomeno di tassa-luppolizzazione, dove gli elettroni ottengono intrappolati nel DNA e poi saltano dall'elettrodo al DNA al secondo elettrodo.„

Lo scopo seguente della ricerca è di rendere i punti di misura automazione diretta più facile e più veloce, che permetterà che molte sequenze differenti del DNA siano analizzate immediatamente.