La sezione del NEWSFOCUS del giornale di scienza descrive gli avanzamenti recenti nell'ordinamento della tecnologia

L'ordinamento del DNA della rapida può presto trasformarsi in in una parte sistematica di ogni cartella sanitaria della persona, fornente informazioni enormi precedentemente sequestrate basi umane del nucleotide del genoma nelle 3 miliardo. La sezione del NEWSFOCUS di questa settimana della scienza del giornale descrive gli avanzamenti recenti nell'ordinamento della tecnologia.

Stuart Lindsay, Direttore del centro dell'istituto di Biodesign per la singola biofisica della molecola è sulla prima linea di questa ricerca, indirizzante con successo uno scoglio centrale basi del nucleotide della ordinare-lettura del nanopore nelle singole su una catena del DNA. Gli ultimi risultati sperimentali di Lindsay, che dimostrano i miglioramenti critici in DNA legge, appena sono comparso in nanotecnologia del giornale.

Una volta che l'ordinamento accurato scende sotto la soglia di $1000 per genoma, la tecnologia dovrebbe diventare onnipresenta, secondo molti. Mentre la generalità corrente di scienza suggerisce, quel giorno può avvicinarsi come sia la velocità che costo di interi avanzamenti di sequenziamento del genoma ad un passo che oltrepassa la legge famosa di Moore, (che detta un raddoppiamento della computazione potenza-e del dimezzare degli spesa-ogni 18 mesi).

L'ultima concorrenza tecnologica comprende l'idea dell'infilatura del filo singolo di DNA con un minuscolo, occhiello del molecolare-disgaggio conosciuto come un nanopore. Questa strategia può presto permettere che l'intera sequenza del DNA sia letta dentro una va, piuttosto di quanto i frammenti in breve tagliati a pezzi e decifrati e riunito scrupoloso.

Mentre il primo ordinamento del genoma umano ha catturato i ricercatori 13 anni e $3 miliardo da raggiungere, sotto i auspicies del progetto Genoma Umano, l'abilità possono presto fare alla tariffa d'abbaglio di 6 miliardo basi del nucleotide ogni 6 ore ad un costo di $900. Almeno quello è il reclamo esagerato che è fatto dalle tecnologie di Oxford Nanopore, una delle società aprenti la strada che determinano i nuovi sviluppi d'ordinamento.

Da quando l'idea apparentemente quisciottesca di ordinamento del nanopore era primo pensiero su nel della metà del 1990 s, gli avanzamenti enormi sono stati fatti. L'idea di base è che quando un nanopore è immerso in un liquido di conduzione e una tensione è applicata attraverso, la conduzione degli ioni attraverso il nanopore produrrà una corrente elettrica misurabile. Questa corrente è altamente sensibile alla dimensione e la forma del nanopore e nella teoria, ogni base del nucleotide sul thread del DNA ostruirà il nanopore poichè migra, alterante la corrente ionica in un modo riconoscibile e riproducibile.

Il DNA “thread„ è materiale complesso per manipolare tuttavia-così fine che catturerebbe a circa 5000 mèche del DNA stesi parallelamente per uguagliare la larghezza dei capelli umani. Appena trovare un occhiello adatto a questo disgaggio ha provato una sfida. Inizialmente, poroso, le proteine del transmembrane sono state esplorate. L'alfa emolisina (αHL), un batterio che causa la lisi dei globuli rossi, sembrato un candidato specialmente di promessa, dato il diametro del nanopore ha richiesto per l'ordinamento del DNA.

Da allora, altri portali a base di proteine per DNA sono stati riparati con e più recentemente, i vari nanopores “semi conduttori„ di silicio o il graphene sono stati studiati. Questi possono essere da costruzione più facilmente ed i loro beni, essere gestiti più precisamente.

Secondo l'esame della scienza dello stato dell'arte attuale, il nanopore che ordina “sembra sospeso lasciare il laboratorio,„ ed il sogno dei $1000 che il genoma può essere a portata di mano, comunque sfide rimane. Un problema persistente nell'ordinamento delle basi diverse è stato che tendono a scorrere troppo rapido attraverso il nanopore per segnare indipendente ogni base con esattezza. Invece, la corrente misurata negli esperimenti iniziali ha riflesso la media prodotta da un gruppo di basi che wending il loro modo tramite il tunnel.

La tecnica di Lindsay conta sulla lettura della corrente elettrica in un circuito minuscolo composto di nucleotide del DNA bloccato fra un paio degli elettrodi dell'oro, che misurano un nanopore. Gli elettrodi sono fatti functionalizing il suggerimento di un microscopio di traforo di scansione (STM), con le molecole che possono legare le diverse basi del DNA mentre colpiscono le loro teste attraverso il nanopore.

Il riconoscimento che scava una galleria, il nome Lindsay si applica al suo metodo d'ordinamento, conta sull'equipaggiamento dell'uno di due elettrodi con la percezione dei prodotti chimici, l'altro con l'obiettivo del nucleotide da percepire. Un segnale è prodotto quando la giunzione fra la percezione il prodotto chimico e dell'obiettivo auto-monta, chiudendo il circuito.

In questo tipo di giunzione, in cui le lunghezze che separano gli elettrodi sono giù ad un disgaggio molecolare, gli elettroni possono esibire il comportamento dispari connesso con il mondo subatomico di quantum, “scavando una galleria„ attraverso le barriere nelle circostanze proibite da fisica classica. In un tal scenario, ciascuno dei 4 nucleotidi dovrebbe produrre una corrente di traforo dell'impronta, che può essere usata per ordinare la base-da-base del DNA mentre alimenta il suo modo attraverso il nanopore. L'intrappolamento dell'ogni base momentaneamente concede il tempo per un'identificazione accurata, prima che sia rilasciato ed il thread del DNA continui la sua trasmigrazione attraverso il nanopore.

Sostituendo il flusso corrente ionico con la corrente di traforo può potenzialmente migliorare l'ordinamento della risoluzione considerevolmente e nel loro ultimo lavoro, il gruppo di Lindsay dimostra che l'analisi di multiparameter delle punte correnti prodotte scavando una galleria può effettivamente identificare ogni base del DNA mentre temporaneamente è appuntata da legame dell'idrogeno fra gli elettrodi functionalized.

Ci sono più.

Oltre a segnare l'identità con esattezza del nucleotide con più maggior di 90 per cento di accuratezza, la tecnica egualmente permette le modifiche ambientali del gene di essere identificata, per esempio, metilazione. Ciò rappresenta un avanzamento importante per l'ordinamento, poichè tali alterazioni epigenetiche al genoma hanno implicazioni profonde per lo studio sulle sanità e sulla malattia, compreso lo sviluppo embrionale e postnatale ed il cancro.

L'articolo di nanotecnologia descrive un nuovo approccio ad analizzare i segnali di traforo. Il gruppo di Lindsay ha usato l'apprendimento automatico (il trattamento usato dal Watson di IBM per estrarre a pericolo) per preparare un computer per riconoscere le basi del DNA. Il commputer ha chiamato tutte e quattro le basi (A, T, C e G) come pure “la quinta base„ - metile che porta il codice epigenetico, con un accurarcy di 96 per cento su una singola molecola ha letto.

“Oxford Nanopore ha ha fatto un'innovazione tremenda nel nanopore che ordina facendo uso della corrente dello ione, come evidenziato nella storia di NEWSFOCUS,„ Lindsay dice. “Ma pensiamo che possiamo portare ancora di più alla tabella con la risoluzione del prodotto chimico e di supersensitivity di traforo del riconoscimento.„

I prodotti farmaceutici di Roche recentemente ha conceduto una licenza alla tecnologia.

La corsa di alti pali per l'ordinamento della rapida sembra entrare nella dirittura di arrivo, comunque nuove sorprese è probabile prima dell'arrivo. Una volta che è attraversata, l'era di medicina personale sarà arrivato. Molte nuove visioni della base genomica delle sanità e della malattia sono quasi determinate seguire.

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