Ricerca pubblicata questa settimana in JACS ( Giornale della Società Chimica Americana ) mostra la traslocazione continua e controllata di un polimero di DNA a singolo filamento (ssDNA) attraverso un nanoporo proteico da parte di un enzima della DNA polimerasi. Il documento dei ricercatori dell'Università della California Santa Cruz (UCSC) fornisce le basi per un motore molecolare, un componente essenziale di Strand Sequencing utilizzando nanopori. I ricercatori della UCSC stanno collaborando con la società britannica Oxford Nanopore Technologies, sviluppatori di una tecnologia di sequenziamento del DNA a nanopori.
La nuova ricerca fa avanzare il lavoro precedente che mostra che il DNA potrebbe essere spostato attraverso un nanoporo usando una polimerasi. Il movimento del DNA nello studio precedente è stato eseguito da una serie di polimerasi e ha richiesto un'elettronica complessa per il controllo. I miglioramenti rilevati nel documento JACS includono tecniche per consentire il movimento continuo di ssDNA, dando un segnale ininterrotto mentre il filamento veniva spostato attraverso il nanoporo in tempo reale. Il costrutto enzima-nanoporo era attivo e misurabile in un campo elettronico costante senza elettronica complessa.
L'inizio controllato dell'elaborazione della polimerasi nel sito del complesso nanoporo-enzima ha consentito la misurazione sequenziale di più molecole di ssDNA utilizzando un'unica configurazione sperimentale. Inoltre la polimerasi ha mostrato un legame tenace con il polimero del DNA, a differenza dei precedenti enzimi ricercati in condizioni simili. Questi risultati dimostrano che le qualità della DNA polimerasi phi29 sono commisurate a una tecnologia di sequenziamento del filamento.
Nel metodo di "sequenziamento del filamento" del sequenziamento del DNA dei nanopori, viene misurata la corrente ionica attraverso un nanoporo proteico e vengono utilizzate le interruzioni di corrente per identificare le basi su un polimero ssDNA in sequenza, mentre trasloca il poro. Due sfide chiave per questo metodo sono:ingegnerizzare un nanoporo per consentire l'identificazione di singole basi quando un polimero ssDNA attraversa il poro e un meccanismo per controllare la traslocazione di ssDNA a una velocità coerente e appropriata per consentire l'identificazione della base attraverso misurazioni elettroniche. Le tecniche di traslocazione descritte in questo documento sono compatibili con la tecnologia di identificazione di base eseguita nei laboratori di Oxford Nanopore Technologies e dei suoi collaboratori.
"Questo lavoro con la polimerasi phi29 ci ha permesso di fare importanti progressi su un elemento chiave del sequenziamento del filamento di DNA, " ha detto il ricercatore professor Mark Akeson dell'Università della California, Santa Cruz. "Mentre il lavoro precedente ha mostrato che il controllo della traslocazione era possibile in teoria, questo lavoro mostra che il controllo della traslocazione del DNA è ottenibile in condizioni compatibili con una tecnologia di sequenziamento elettronico. Non vediamo l'ora di un'ulteriore collaborazione con Oxford Nanopore per realizzare questa ricerca".
"Il metodo del "sequenziamento del filamento" del sequenziamento del DNA utilizzando un nanoporo è stato studiato per molti anni, ma questo documento mostra per la prima volta che il DNA può essere traslocato da un enzima utilizzando metodi coerenti con una tecnologia elettronica ad alto rendimento, " ha detto il dottor Gordon Sanghera, CEO di Oxford Nanopore. "Siamo entusiasti di questo lavoro e del suo potenziale se abbinato a ulteriori recenti sviluppi nell'identificazione della base del DNA su filamenti di DNA, l'altro elemento critico per il sequenziamento dei filamenti".
