La sección del NEWSFOCUS del gorrón de la ciencia describe avances recientes en la secuencia de tecnología

La secuencia rápida de la DNA puede pronto convertirse en una parte rutinaria del informe médico de cada individuo, ofreciendo la información enorme secuestrada previamente en bases humanas del nucleótido del genoma las 3 mil millones. La sección del NEWSFOCUS de esta semana de la ciencia del gorrón describe avances recientes en la secuencia de tecnología.

Estuardo Lindsay, director del centro del instituto de Biodesign para la única biofísica de la molécula está en la vanguardia de esta investigación, dirigiendo con éxito un escollo central en bases del nucleótido de la ordenar-lectura del nanopore únicas en una cadena de la DNA. Los últimos resultados experimentales de Lindsay, que demuestran mejorías críticas en la DNA leen, acaban de aparecer en la nanotecnología del gorrón.

Una vez que la secuencia exacta baja abajo del umbral de $1000 por el genoma, la tecnología debe llegar a ser ubicua, según muchos. Mientras que la reseña actual de la ciencia sugiere, ese día puede acercarse como la velocidad y costo del genoma entero que ordenan avances en un paso que deja atrás la ley famosa de Moore, (que dicta duplicar de calcular potencia-y de la partición en dos de los costo-cada 18 meses).

La última competencia tecnológica implica la idea de filetear un único cabo de la DNA con un minúsculo, ojete de la molecular-escala conocido como nanopore. Esta estrategia puede pronto permitir que la serie entera de la DNA sea leída hacia adentro una va, bastante que cortado aparte, en resumen los fragmentos descifrados y vuelto a montar cuidadosamente.

Mientras que la primera secuencia del genoma humano tomó los investigadores 13 años y $3 mil millones a lograr, bajo los auspicies del proyecto del genoma humano, la hazaña pueden pronto ser realizados al índice cegador de 6 mil millones bases del nucleótido cada 6 horas en un costo de $900. Por lo menos ésa es la reclamación extravagante que es hecha por las tecnologías de Oxford Nanopore, una de las compañías pioneras que impulsan nuevos progresos de secuencia.

Desde que la idea aparentemente quijotesca de la secuencia del nanopore era el primer pensamiento hacia arriba en mediados de 1990 s, se han hecho los avances enormes. La idea básica es que cuando un nanopore se sumerge en un líquido de conducto y un voltaje es aplicado a través de él, la conducción de iones a través del nanopore producirá una corriente eléctrica mensurable. Esta corriente es altamente sensible a la talla y la forma del nanopore y en teoría, cada base del nucleótido en la rosca de la DNA obstruirá el nanopore como emigra, alterando la corriente iónica de una manera reconocible y reproductiva.

La DNA “rosca” es material difícil para manipular sin embargo-tan fino que tomaría a cerca de 5000 cabos de la DNA puestos de lado a lado para igualar la anchura de un cabello humano. Apenas encontrar un ojete conveniente en esta escala probó un reto. Al principio, poroso, las proteínas de la transmembrana fueron exploradas. La hemolisina alfa (αHL), una bacteria que causa la lisis de glóbulos rojos, parecida un candidato determinado prometedor, dado el diámetro del nanopore requirió para ordenar la DNA.

Desde entonces, otros portales a base de proteínas para la DNA se han ocupado vanamente con y más recientemente, los diversos nanopores “de estado sólido” del silicio o el graphene se han investigado. Éstos pueden ser fabricados más fácilmente y sus propiedades, ser controlados más exacto.

Según la revista de la ciencia del actual estado plus ultra, el nanopore que ordena “parece contrapesado para salir del laboratorio,” y sigue habiendo el sueño de $1000 que el genoma puede ser a mano cercano, aunque retos. Un problema persistente en la secuencia de bases individuales ha sido que tienden a fluir a través del nanopore demasiado rápidamente para establecer claramente cada base independientemente. En lugar, la corriente medida en experimentos tempranos reflejó el promedio producido por un grupo de bases wending su manera a través del túnel.

La técnica de Lindsay confía en la lectura de la corriente eléctrica en un circuito minúsculo integrado por un nucleótido de la DNA atrapado entre un par de electrodos del oro, que atraviesan un nanopore. Los electrodos son hechos functionalizing el extremo de un microscopio el hacer un túnel de la exploración (STM), con las moléculas que pueden atar bases individuales de la DNA mientras que empujan sus cabezas a través del nanopore.

El reconocimiento que hace un túnel, el nombre Lindsay se aplica a su método de secuencia, confía en el equipo de uno de dos electrodos con detectar las substancias químicas, la otra con el objetivo del nucleótido que se detectará. Se produce una señal cuando la unión entre detectar la substancia química y el objetivo uno mismo-monta, cerrando el circuito.

En este tipo de unión, donde están los largos que separan los electrodos hacia abajo a una escala molecular, los electrones pueden exhibir el comportamiento impar asociado al mundo subatómico del quantum, “haciendo un túnel” a través de barreras bajo condiciones prohibidas por la física clásica. En tal decorado, cada uno de los 4 nucleótidos debe producir una corriente el hacer un túnel de la firma, que se puede utilizar para ordenar la base-por-base de la DNA mientras que introduce su manera a través del nanopore. Atrapar cada base da un plazo momentáneamente de la hora para una identificación exacta, antes de que se libere y la rosca de la DNA continúa su transmigración a través del nanopore.

Reemplazar flujo actual iónico por la corriente el hacer un túnel puede potencialmente perfeccionar la secuencia de la resolución considerablemente y en su último trabajo, el grupo de Lindsay demuestra que el análisis del multiparámetro de los picos actuales producidos haciendo un túnel puede determinar de hecho cada base de la DNA mientras que es fijado temporalmente por la vinculación del hidrógeno entre los electrodos functionalized.

Hay más.

Además de establecer claramente identidad del nucleótido con el mayor de 90 por ciento de exactitud, la técnica también permiso que las modificaciones ambientales del gen son determinadas, por ejemplo, metilación. Esto representa un avance importante para ordenar, pues tales cambios epigenéticos al genoma tienen implicaciones profundas para el estudio de la salud humana y de la enfermedad, incluyendo el revelado embrionario y postnatal, y el cáncer.

El papel de la nanotecnología describe una nueva aproximación a analizar las señales el hacer un túnel. El grupo de Lindsay utilizó el aprendizaje de máquina (el proceso usado por Watson de IBM para ganar en el peligro) entrenar a una computador para reconocer las bases de la DNA. La máquina llamó las cuatro bases (A, T, C y G) así como la “quinta base” - metilo que lleva la clave epigenética, con accurarcy del 96 por ciento en una única molécula leyó.

“Oxford Nanopore tiene hizo una enorme ruptura en el nanopore que ordena usando corriente del ión, como destacado en la historia de NEWSFOCUS,” Lindsay dice. “Solamente pensamos que podemos traer aún más a la tabla con la resolución del supersensitivity y de la substancia química de hacer un túnel del reconocimiento.”

Los productos farmacéuticos de Roche han autorizado recientemente la tecnología.

La carrera de altos piquetes para la secuencia rápida aparece incorporar el alargamiento del hogar, aunque las nuevas sorpresas es probable antes de la meta. Una vez que se cruza, la era de remedio personalizado habrá llegado. Muchos nuevos discernimientos en la base genomic de la salud humana y de la enfermedad casi siguen seguramente.

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