A secção do NEWSFOCUS do jornal da ciência descreve avanços recentes em arranjar em seqüência a tecnologia

Arranjar em seqüência rápido do ADN pode logo transformar-se uma parte rotineira do informe médico de cada indivíduo, fornecendo a informação enorme confiscada previamente bases humanas do nucleotide de genoma nas 3 bilhão. A secção do NEWSFOCUS desta semana da ciência do jornal descreve avanços recentes em arranjar em seqüência a tecnologia.

Stuart Lindsay, director do centro do instituto de Biodesign para a única biofísica da molécula está no pelotão da frente desta pesquisa, endereçando com sucesso uma escolho central bases do nucleotide da arranjar em seqüência-leitura do nanopore em únicas em uma corrente do ADN. Os resultados experimentais os mais atrasados de Lindsay, que demonstram melhorias críticas no ADN lêem, apenas apareceram na nanotecnologia do jornal.

Uma vez que arranjar em seqüência exacto cai abaixo do ponto inicial de $1000 pelo genoma, a tecnologia deve tornar-se ubíquo, de acordo com muitos. Enquanto a vista geral actual da ciência sugere, esse dia pode aproximar-se como a velocidade e o custo do genoma inteiro que arranjam em seqüência avanços em um ritmo que supera a lei famosa de Moore, (que dita uma duplicação da computação potência-e de se partir ao meio de despesa-cada 18 meses).

A competição tecnologico a mais atrasada envolve a ideia de rosquear uma única costa de ADN com um minúsculo, ilhó da molecular-escala conhecido como um nanopore. Esta estratégia pode logo permitir que a seqüência inteira do ADN seja lida dentro uma vai, um pouco do que cortado distante, em breve fragmentos decifrados e remontado cuidadosa.

Quando primeiro arranjar em seqüência do genoma humano tomou os pesquisadores 13 anos e $3 bilhões a conseguir, sob os auspicies do projecto de genoma humano, o repto podem logo ser realizados na taxa de cegueira de 6 bilhão bases do nucleotide cada 6 horas a custo de $900. Pelo menos aquela é a reivindicação extravagante que está sendo feita pelas tecnologias de Oxford Nanopore, uma das empresas de abertura de caminhos que conduzem revelações arranjando em seqüência novas.

Desde que a ideia convenientemente quixotesca de arranjar em seqüência do nanopore era o primeiro pensamento acima em meados de 1990 s, os avanços enormes foram feitos. A ideia básica é que quando um nanopore está imergido em um líquido de condução e uma tensão é aplicada através dela, a condução dos íons através do nanopore produzirá uma corrente elétrica mensurável. Esta corrente é altamente sensível ao tamanho e a forma do nanopore e na teoria, cada base do nucleotide na rosca do ADN obstruirá o nanopore como migra, alterando a corrente iónica em uma maneira reconhecível e reprodutível.

O ADN “rosca” é material complicado para manipular contudo-assim fino que tomaria a aproximadamente 5000 costas do ADN colocadas de lado a lado para igualar a largura de um cabelo humano. Apenas encontrar um ilhó apropriado nesta escala provou um desafio. No início, poroso, as proteínas da transmembrana foram exploradas. O hemolysin alfa (αHL), uma bactéria que causasse o lysis de glóbulos vermelhos, parecida um candidato particularmente de promessa, dado o diâmetro do nanopore exigiu arranjando em seqüência o ADN.

Desde então, outros portais proteína-baseados para o ADN foram consertados com e mais recentemente, os vários nanopores “de circuito integrado” do silicone ou o graphene foram investigados. Estes podem mais facilmente ser fabricados e suas propriedades, mais precisamente ser controlados.

De acordo com a revisão da ciência do último modelo actual, o nanopore que arranja em seqüência “parece poised para sair do laboratório,” e o sonho de uns $1000 que o genoma pode ser fechar a mão, embora desafios permanece. Um problema persistente em arranjar em seqüência bases individuais foi que tendem a fluir demasiado ràpida através do nanopore para localizar independente cada base. Em lugar de, a corrente medida em experiências adiantadas reflectiu a média produzida por um grupo de bases que wending sua maneira através do túnel.

A técnica de Lindsay confia em ler a corrente elétrica em um circuito minúsculo compor de um nucleotide do ADN prendido entre um par de eléctrodos do ouro, que medem um nanopore. Os eléctrodos são feitos functionalizing a ponta de um microscópio da escavação de um túnel da exploração (STM), com moléculas que podem ligar bases individuais do ADN enquanto picam suas cabeças através do nanopore.

O reconhecimento que escava um túnel, o nome Lindsay aplica-se a seu método arranjando em seqüência, confia em equipar um de dois eléctrodos com detecção dos produtos químicos, os outro com o alvo do nucleotide a ser detectado. Um sinal é produzido quando a junção entre a detecção do produto químico e do alvo auto-monta, fechando o circuito.

Neste tipo de junção, onde os comprimentos que separam os eléctrodos estão para baixo a uma escala molecular, os elétrons podem exibir o comportamento impar associado com o mundo subatômico do quantum, “escavando um túnel” através das barreiras sob as circunstâncias proibidas pela física clássica. Em tal encenação, cada um dos 4 nucleotides deve produzir uma corrente da escavação de um túnel da assinatura, que possa ser usada para arranjar em seqüência a base-por-base do ADN enquanto alimenta sua maneira através do nanopore. Prender cada base reserva momentaneamente a hora para uma identificação exacta, antes que esteja liberada e a rosca do ADN continuar sua transmigração através do nanopore.

Substituir o fluxo actual iónico com a corrente da escavação de um túnel pode potencial melhorar arranjar em seqüência a definição consideravelmente e em seu trabalho mais atrasado, o grupo de Lindsay demonstra que a análise do multiparâmetro dos pontos actuais produzidos escavando um túnel pode certamente identificar cada base do ADN enquanto é fixada temporariamente pela ligação do hidrogênio entre os eléctrodos functionalized.

Há mais.

Além do que localizar a identidade do nucleotide com maior de 90 por cento de precisão, a técnica igualmente permite alterações ambientais do gene ser identificada, por exemplo, methylation. Isto representa um avanço principal para arranjar em seqüência, porque tais alterações epigenéticas ao genoma têm implicações profundas para o estudo da saúde humana e da doença, incluindo a revelação embrionária e cargo-natal, e o cancro.

O papel da nanotecnologia descreve uma aproximação nova a analisar os sinais da escavação de um túnel. O grupo de Lindsay usou a aprendizagem de máquina (o processo usado pelo Watson do IBM para ganhar no perigo) treinar um computador para reconhecer as bases do ADN. A máquina chamou todas as quatro bases (A, T, C e G) assim como a “quinta base” - methyl- que leva o código epigenético, com um accurarcy de 96 por cento em uma única molécula leu.

“Oxford Nanopore tem fez uma descoberta tremenda no nanopore que arranja em seqüência usando a corrente do íon, como destacado na história de NEWSFOCUS,” Lindsay diz. “Mas nós pensamos que nós podemos trazer ainda mais à tabela com a definição do supersensitivity e do produto químico da escavação de um túnel do reconhecimento.”

Os fármacos de Roche têm licenciado recentemente a tecnologia.

A raça de estacas altas para arranjar em seqüência rápido parece incorporar o estiramento da HOME, embora surpresas novas é provável antes do meta. Uma vez que é cruzada, a era da medicina personalizada terá chegado. É quase certo que muitas introspecções novas na base genomic da saúde humana e da doença seguirão.

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