I ricercatori hanno ideato un sensore su nanoscala per leggere elettronicamente la sequenza di una singola molecola di DNA, una tecnica veloce ed economica che potrebbe rendere ampiamente disponibile il sequenziamento del DNA.

La tecnica potrebbe portare a una medicina personalizzata a prezzi accessibili, predisposizioni potenzialmente rivelatrici per afflizioni come il cancro, diabete o dipendenza.

"C'è un chiaro percorso verso un praticabile, piattaforma di sequenziamento facilmente prodotta, "ha detto Jens Gundlach, un professore di fisica dell'Università di Washington che guida il gruppo di ricerca. "Abbiamo aumentato un nanoporo proteico che abbiamo sviluppato per questo scopo con un motore molecolare che muove un filamento di DNA attraverso il poro un nucleotide alla volta".

I ricercatori hanno precedentemente riferito di aver creato il nanoporo mediante l'ingegneria genetica di un poro proteico da un micobatterio. Il nanoporo, da Mycobacterium smegmatis porina A, ha un'apertura di 1 miliardesimo di metro, abbastanza grande da far passare un singolo filamento di DNA.

Per farlo funzionare come lettore, il nanoporo è stato posto in una membrana circondata da una soluzione di cloruro di potassio, con una piccola tensione applicata per creare una corrente ionica che scorre attraverso il nanoporo. La firma elettrica cambia a seconda del tipo di nucleotide che viaggia attraverso il nanoporo. Ogni tipo di nucleotide del DNA - citosina, guanina, adenina e timina – produce una firma distintiva.

I ricercatori hanno collegato un motore molecolare, prelevato da un enzima associato alla replicazione di un virus, per tirare il filamento di DNA attraverso il lettore di nanopori. Il motore è stato utilizzato per la prima volta in uno sforzo simile dai ricercatori dell'Università della California, Santa Cruz, ma hanno usato un poro diverso che non poteva distinguere i diversi tipi di nucleotidi.

Gundlach è l'autore corrispondente di un articolo pubblicato online il 25 marzo da Biotecnologie naturali che riporta una dimostrazione di successo della nuova tecnica utilizzando sei diversi filamenti di DNA. I risultati corrispondevano alla già nota sequenza di DNA dei filamenti, che aveva regioni leggibili lunghe da 42 a 53 nucleotidi.

"Il motore tira il filo attraverso il poro a una velocità gestibile di decine di millisecondi per nucleotide, che è abbastanza lento da essere in grado di leggere il segnale corrente, " disse Gundlach.

Gundlach ha affermato che la tecnica dei nanopori può essere utilizzata anche per identificare come il DNA viene modificato in un dato individuo. Tali modifiche, chiamate modificazioni epigenetiche del DNA, avvengono come reazioni chimiche all'interno delle cellule e sono le cause alla base di varie condizioni.

"Le modificazioni epigenetiche sono piuttosto importanti per cose come il cancro, " ha detto. Essere in grado di fornire il sequenziamento del DNA in grado di identificare i cambiamenti epigenetici "è uno dei vantaggi del metodo di sequenziamento dei nanopori".

Coautori del Biotecnologie naturali carta sono Elizabeth Manrao, Ian Derrington, Andrew Laszlo, Kyle Langford, Matthew Hopper e Nathaniel Gillgren dell'UW, e Mikhail Pavlenok e Michael Niederweis dell'Università dell'Alabama a Birmingham.

Il lavoro è stato finanziato dal National Human Genome Research Institute in un programma progettato per trovare un modo per condurre il sequenziamento del DNA individuale per meno di $ 1, 000. Quando è iniziato quel programma, Gundlach ha detto, il costo di tale sequenziamento era probabilmente di centinaia di migliaia di dollari, ma "con tecniche come questa potrebbe arrivare a un progetto genomico da 10 dollari o 15 minuti. Si sta muovendo velocemente".