Szybsze i dokładniejsze sekwencjonowanie DNA?

W poszukiwaniu nowych metod analizy …

Jednym z najistotniejszych zagadnień wspomnianych wyżej dziedzin jest sekwencjonowanie ludzkiego genomu. Specjaliści nieustannie poszukują metod, które umożliwiłyby realizację tego procesu po najmniejszych kosztach. Kluczem wydaje się znalezienie odpowiedniego materiału. MoS2 było już wykorzystywane w innych celach. Zaczęto się więc zastanawiać, dlaczego nie wykorzystać go do odczytywania informacji genetycznej. Jak się okazało dwusiarczan molibdenu przewyższa wszystkie inne materiały służące do dekodowania informacji zapisanej w DNA – nawet powszechnie stosowany grafen.

Nanopory są bardzo małymi otworkami w cienkiej warstwie materiału, ale na tyle dużymi, aby cząsteczki DNA mogły się przez nie przedostać. Przejściu DNA przez otwory towarzyszy napięcie elektryczne, które napędza ten mechanizm. Wartość ładunku wskazuje, który z czterech nukleotydów – oznaczonych literami A, T, G lub C – przedostał się w danym momencie przez nanopor. Nukleotydy różnią się nieco od siebie pod względem kształtu i rozmiaru. Większość materiałów wykorzystywanych do sekwencjonowania ma jedną wadę: są one zbyt grube. Nawet najcieńsze z dostępnych materiałów obejmują po kilka ogniw łańcucha DNA, przez co dokładne odczytanie poszczególnych sekwencji okazuje się niemożliwe.

Sekwencjonowanie przy użyciu MoS2

Grafen stał się popularną alternatywą dla innych materiałów, gdyż składa się z pojedynczej warstwy atomów węgla. Taka budowa umożliwia przejście tylko jednemu nukleotydowi w danym momencie. Niestety i grafen posiada pewne wady. Główny problem stanowi przyklejanie się do niego DNA. Interakcja jaka wówczas zachodzi wywołuje zaburzenia utrudniające odczytanie sekwencji kodu genetycznego. MoS2 ma również budowę jednowarstwową. DNA nie przykleja się jednak do niego w czasie przechodzenia przez otwory, dzięki czemu proces ten przebiega szybko i sprawnie.

Nowa metoda umożliwia odczytanie wszystkich czterech zasad dwuniciowego DNA. Inne technologie pozwalają na odkodowanie co najwyżej dwóch – adeniny z tyminą i cytozyny z guaniną. Odróżnienie poszczególnych par zasad wymaga ponadto szczegółowej analizy obliczeniowej.

Opracowanie nowej metody sekwencjonowania było możliwe do osiągnięcia dzięki użyciu superkomputera Blue Waters, znajdującego się w National Center for Supercomputing Applications University of Illinois.

Badacze zastanawiają się czy poprzez sprzężenie MoS2 z innym materiałem udałoby się otrzymać jeszcze bardziej wydajną metodę sekwencjonowania. Odpowiedź na to pytanie stanowi obecnie główny problem, przed którym stoją amerykańcy eksperci. Naukowcy są na najlepszej drodze zmierzającej w kierunku wynalezienia technologii, która mogłaby dokładnie, szybko i jednocześnie tanio zidentyfikować ludzki genom. Będąc w posiadaniu mapy genetycznej danej osoby diagnozowanie i zapobieganie chorobom, już na wczesnym etapie ich rozwoju, stanie się o wiele prostsze.