La partie du NEWSFOCUS du tourillon de la Science décrit des progrès récents en ordonnançant la technologie

L'ordonnancement rapide d'ADN peut bientôt devenir une partie courante du dossier médical de chaque personne, fournissant d'énormes informations précédemment séquestrées dans de bases du nucléotide du génome humain 3 milliards. La partie du NEWSFOCUS de cette semaine de la Science de tourillon décrit des progrès récents en ordonnançant la technologie.

Stuart Lindsay, directeur du centre de l'institut de Biodesign pour la biophysique unique de molécule est sur le premier rang de cette recherche, ayant avec succès adressé un obstacle central dans les bases uniques de nucléotide du l'ordonnancer-relevé de nanopore dans un réseau d'ADN. Les derniers résultats expérimentaux de Lindsay, qui expliquent des améliorations critiques d'ADN s'affiche, sont juste apparus en nanotechnologie de tourillon.

L'ordonnancement une fois précis tombe en dessous du seuil de $1000 selon le génome, la technologie devrait devenir omniprésent, selon on. Pendant que la synthèse actuelle de la Science propose, ce jour peut approcher en tant que la vitesse et coût de progressions entières de séquençage du génome à un rythme surpassant la loi célèbre de Moore, (qui dicte un doublement de calculer pouvoir-et de se réduire de moitié des frais-chaque 18 mois).

La dernière concurrence technique concerne l'idée de fileter une monocaténaire d'ADN par un minuscule, oeillet de moléculaire-écaille connu sous le nom de nanopore. Cette stratégie peut bientôt permettre à la séquence d'ADN entière d'être affichée dedans une vont, plutôt que découpé, en bref les éclats déchiffrés et soigneusement rassemblé.

Tandis que le premier ordonnancement du génome humain prenait les chercheurs 13 ans et $3 milliards à réaliser, sous les auspicies du projet génome humain, l'exploit peuvent bientôt faire au régime sans visibilité de 6 milliards de bases de nucléotide toutes les 6 heures à un coût de $900. Au moins c'est la réclamation exagérée effectué par les technologies d'Oxford Nanopore, une des compagnies pilotes conduisant des développements de ordonnancement neufs.

Depuis que l'idée apparemment donquichottesque de l'ordonnancement de nanopore était la première pensée en hausse en mi-1990 s, d'énormes avances ont été effectuées. L'idée de base est que quand un nanopore est immergé dans un liquide de conduite et une tension est appliquée en travers de elle, la conduction des ions par le nanopore produira un courant électrique mesurable. Ce courant est extrêmement sensible à la taille et la forme du nanopore et dans la théorie, chaque base de nucléotide dans le filetage d'ADN masquera le nanopore car elle émigre, modifiant le courant ionique d'une voie reconnaissable et reproductible.

L'ADN « filetage » est matériau délicat pour manipuler cependant-ainsi la fin qu'il faudrait à environ 5000 brins d'ADN étendus côte à côte pour égaler la largeur des cheveux. Juste trouvant un oeillet adapté à cette écaille prouvé un défi. Au début, poreux, des protéines de transmembrane ont été explorées. L'alpha hémolysine (αHL), une bactérie qui entraîne le lysis des hématies, semblée un candidat particulièrement prometteur, vu le diamètre de nanopore a exigé pour séquencer l'ADN.

Depuis lors, d'autres portails à base de protéines pour l'ADN ont été bricolés avec et plus récent, des nanopores « semi-conducteurs » variés du silicium ou le graphene ont été vérifiés. Ceux-ci peuvent plus facilement être fabriqués et leurs propriétés, plus avec précision être réglés.

Selon l'examen de la Science de la situation actuelle actuelle, le nanopore ordonnançant « semble porté en équilibre pour quitter le laboratoire, » et le rêve d'un génome $1000 peut être actuel proche, bien que les défis demeurent. Un problème persistant en ordonnançant différentes bases a été qu'elles tendent à couler par le nanopore trop rapidement pour indiquer exactement chaque base indépendamment. Au lieu de cela, le courant mesuré dans des expériences tôt a réfléchi la moyenne produite par un groupe de bases s'acheminant leur voie par le tunnel.

La technique de Lindsay se fonde sur afficher le courant électrique dans un circuit minuscule composé de nucléotide d'ADN enfermé entre une paire d'électrodes d'or, qui enjambent un nanopore. Les électrodes sont effectuées par functionalizing le bout d'un microscope de perçage d'un tunnel de lecture (STM), avec les molécules qui peuvent gripper différentes bases d'ADN pendant qu'elles poussent leurs têtes par le nanopore.

La reconnaissance perçant un tunnel, le nom Lindsay s'applique à sa méthode de ordonnancement, compte sur équiper une de deux électrodes avec détecter les produits chimiques, l'autre avec l'objectif de nucléotide à détecter. Un signe est produit quand la jonction entre détecter le produit chimique et l'objectif auto-monte, fermant le circuit.

Dans ce type de jonction, où les longueurs séparant des électrodes sont en baisse à une écaille moléculaire, les électrons peuvent montrer le comportement impair lié au monde plus petit que l'atome de tranche de temps, « perçant un tunnel » par des barrages dans des conditions interdites par la physique classique. Dans un tel scénario, chacun des 4 nucléotides devrait produire un courant de perçage d'un tunnel de signature, qui peut être employé pour ordonnancer la base-par-base d'ADN pendant qu'il alimente sa voie par le nanopore. Enfermer chaque base accorde momentanément l'heure pour une identification précise, avant qu'il soit relâché et le filetage d'ADN continue sa transmigration par le nanopore.

Le remplacement du flux actuel ionique par le courant de perçage d'un tunnel peut potentiellement améliorer ordonnancer la définition considérablement et dans leur dernier travail, le groupe de Lindsay explique que l'analyse de multiparamètre des pointes actuelles produites par le perçage d'un tunnel peut en effet recenser chaque base d'ADN pendant qu'elle est temporairement goupillée par l'adhérence d'hydrogène entre les électrodes functionalized.

Il y a plus.

En plus d'indiquer exactement l'identité de nucléotide avec plus grand que 90 pour cent d'exactitude, la technique permet également à des modifications environnementales de gène d'être recensées, par exemple, méthylation. Ceci représente une avancée majeure pour l'ordonnancement, car une telle altération épigénétique au génome a des implications profondes pour l'étude de la santé des personnes et de la maladie, y compris le développement embryonnaire et postnatal, et le cancer.

L'article de nanotechnologie décrit une approche neuve à analyser les signes de perçage d'un tunnel. Le groupe de Lindsay avait l'habitude l'apprentissage automatique (le procédé employé par Watson d'IBM pour gagner au péril) pour former un ordinateur pour identifier les bases d'ADN. La machine appelée chacune des quatre bases (A, T, C et G) ainsi que la « cinquième base » - méthyle qui transporte l'indicatif épigénétique, avec l'accurarcy de 96 pour cent sur une molécule unique s'est affiché.

« Oxford Nanopore ont a effectué une découverte énorme dans le nanopore ordonnançant utilisant le courant d'ion, comme mis en valeur dans l'histoire de NEWSFOCUS, » Lindsay dit. « Mais nous pensons que nous pouvons porter bien plus à la table avec la définition de supersensitivity et de produit chimique du perçage d'un tunnel de reconnaissance. »

Les pharmaceutiques de Roche a récent qualifié la technologie.

Le chemin d'investissementx élevés pour l'ordonnancement rapide semble écrire l'extension de maison, cependant des surprises neuves sont susceptible avant la ligne d'arrivée. Une fois qu'il est croisé, l'ère du médicament personnalisé aura obtenu. Beaucoup d'aperçus neufs de la base génomique de la santé des personnes et de la maladie sont presque sûrs de suivre.

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