Gli scienziati sono un passo avanti verso una rivoluzione nel sequenziamento del DNA, in seguito allo sviluppo in un laboratorio di Harvard di un minuscolo dispositivo progettato per leggere i minimi cambiamenti elettrici prodotti quando i filamenti di DNA vengono fatti passare attraverso minuscoli fori - chiamati nanopori - in una membrana caricata elettricamente.

Come descritto in Nanotecnologia della natura l'11 dicembre un gruppo di ricerca guidato da Charles Lieber, il Mark Hyman Jr. Professore di Chimica, sono riusciti per la prima volta a creare un rilevatore di nanopori integrato, uno sviluppo che apre le porte alla creazione di dispositivi che potrebbero utilizzare array di milioni di fori microscopici per sequenziare il DNA in modo rapido ed economico.

Descritto per la prima volta più di 15 anni fa, Il sequenziamento dei nanopori misura i sottili cambiamenti di corrente elettrica prodotti quando le quattro molecole di base che compongono il DNA passano attraverso il poro. Leggendo quei cambiamenti, i ricercatori possono sequenziare efficacemente il DNA.

Ma leggere quei sottili cambiamenti nella corrente è tutt'altro che facile. Una serie di sfide, da come registrare i piccoli cambiamenti nella corrente a come aumentare il processo di sequenziamento, ha significato che il processo non è mai stato possibile su larga scala. Lieber e il suo team, però, credono di aver trovato una soluzione unificata alla maggior parte di questi problemi.

“Fino a quando non abbiamo sviluppato il nostro rilevatore, non c'era modo di misurare localmente le variazioni di corrente, "Ha detto Lieber. “Il nostro metodo è ideale perché è estremamente localizzato. Possiamo usare tutto il lavoro esistente che è stato fatto sui nanopori, ma con un rilevatore locale siamo un passo più vicini a rivoluzionare completamente il sequenziamento".

Il rivelatore sviluppato da Lieber e dal suo team è nato da precedenti lavori sui nanofili. Usando i fili ultrasottili come un transistor su nanoscala, sono in grado di misurare i cambiamenti di corrente in modo più locale e accurato che mai.

“Il transistor a nanofili misura la variazione del potenziale elettrico ai pori e amplifica efficacemente il segnale, "Ha detto Lieber. “Oltre a un segnale più ampio, che ci permette di leggere le cose molto più velocemente. Questo è importante perché il DNA è così grande [che] il throughput per qualsiasi metodo di sequenziamento deve essere elevato. In linea di principio, questo rivelatore può funzionare a frequenze di gigahertz.”

La misurazione altamente localizzata apre anche le porte al sequenziamento parallelo, che utilizza array di milioni di pori per accelerare notevolmente il processo di sequenziamento.

Oltre al potenziale per migliorare notevolmente la velocità di sequenziamento, il nuovo rivelatore mantiene la promessa di ridurre drasticamente il costo del sequenziamento del DNA, disse Ping Xie, un associato del Dipartimento di Chimica e Biologia Chimica e coautore del documento che descrive la ricerca.

Gli attuali metodi di sequenziamento iniziano spesso con un processo chiamato reazione a catena della polimerasi, o amplificazione del DNA, che copia una piccola quantità di DNA migliaia di milioni di volte, rendendo più facile la sequenza. Sebbene di fondamentale importanza per la biologia, il processo è costoso, richiedono forniture chimiche e costose attrezzature di laboratorio.

Nel futuro, Xie ha detto, sarà possibile costruire la tecnologia di sequenziamento dei nanopori su un chip di silicio, permettendo ai medici, ricercatori, o anche la persona media usa il sequenziamento del DNA come strumento diagnostico.

La svolta del team di Lieber potrebbe presto fare il passaggio dal laboratorio al prodotto commerciale. L'Harvard Office of Technology Development sta lavorando a una strategia per commercializzare la tecnologia in modo appropriato, inclusa la licenza a una società che prevede di incorporarlo nella propria piattaforma di sequenziamento del DNA.

“In questo momento, siamo limitati nella nostra capacità di eseguire il sequenziamento del DNA, "Ha detto Xie. “L'attuale tecnologia di sequenziamento è dove c'erano i computer negli anni '50 e '60. Richiede molta attrezzatura ed è molto costoso. Ma solo 50 anni dopo, i computer sono ovunque, anche nei biglietti di auguri. Il nostro rilevatore apre la porta per fare un prelievo di sangue e sapere immediatamente di cosa è infetto un paziente, e prendere decisioni terapeutiche molto rapidamente”.

Questa storia è pubblicata per gentile concessione della Harvard Gazette, Il giornale ufficiale dell'Università di Harvard. Per ulteriori notizie universitarie, visita Harvard.edu.