Una tecnica di imaging sviluppata alla Duke University potrebbe consentire di scrutare all'interno delle cellule e osservare dozzine di molecole diverse in azione contemporaneamente, etichettandole con brevi filamenti di DNA luminoso che lampeggiano con il loro ritmo unico.

"L'idea è che ogni cosa ha il suo battito cardiaco, " ha detto il primo autore Shalin Shah, un dottorato di ricerca studente in ingegneria elettrica e informatica e informatica alla Duke. "Chiamiamo questi segnali temporali 'codici a barre temporali'".

Quando è attaccato a celle o altri oggetti e osservato per un tempo sufficiente, questi codici a barre potrebbero essere utilizzati per rilevare e distinguere un numero qualsiasi di cose su scala molecolare, comprese particolari proteine ​​nascoste tra le decine di migliaia di cui il corpo umano ha bisogno per funzionare e crescere.

La tecnica funziona utilizzando le interazioni fugaci tra due filamenti complementari di DNA mentre si scontrano in soluzione. Un filo è attaccato a una molecola che i ricercatori vogliono studiare. L'altro è fluttuante e trasporta una tintura fluorescente che si illumina quando i due fili si accoppiano e poi si oscura una volta che si separano. Se visto al microscopio nel tempo, la rilegatura e lo slegamento creano uno schema lampeggiante distinto che, decodificato, funge da impronta digitale.

Le tecniche tradizionali distinguono le molecole utilizzando coloranti di colore diverso, o utilizzando un colore ma diverse sequenze di DNA e imaging in fasi, lavandoli via da un bersaglio prima di passare al successivo.

Shah e i suoi colleghi dicono che possono fare di meglio.

Lavorando con il professore di informatica della Duke John Reif e il ricercatore post-dottorato Abhishek Dubey dell'Oak Ridge National Laboratory, l'approccio del team aumenta il numero di segnali diversi che è possibile distinguere con un singolo colore di tintura. Ma piuttosto che fare affidamento su più sequenze di DNA come i precedenti metodi monocolore, mantengono la stessa sequenza del filamento fluttuante e modificano invece cose come la lunghezza o il numero di sequenze ripetute sul filamento attaccato alla molecola di interesse. Ciò consente loro di produrre lampi con frequenze diverse, durate e luminosità.

In un articolo pubblicato online il 5 aprile sulla rivista Biologia sintetica ACS , simulazioni al computer suggeriscono che è teoricamente possibile distinguere fino a 56 molecole diverse contemporaneamente, ciascuno lampeggiante acceso e spento nello stesso colore. E se vengono utilizzati più colori di tintura, i palloncini sono migliaia. I ricercatori affermano che la loro tecnica è anche in grado di farlo a una frazione del costo di altri metodi, e senza sbiadire sotto il bagliore del microscopio nel tempo.

In un articolo pubblicato il 21 marzo sulla rivista Nano lettere , il team ha anche testato il loro approccio in laboratorio. Shah e Reif hanno progettato sette diversi dispositivi per il DNA, attaccati a una superficie di vetro, e li ha ripresi utilizzando la microscopia a fluorescenza. Con meno di un'ora di dati sono stati in grado di utilizzare il comportamento di lampeggio distinto di ciascun dispositivo per distinguerli.

"Il nostro obiettivo è sviluppare un sistema economico e semplice, ma potente metodo, " Shah ha detto. "I segnali di intensità temporale emessi sono distinti e possono agire come un'impronta digitale".