Nonostante abbia un diametro decine di migliaia di volte più piccolo di un capello umano, i nanopori potrebbero essere la prossima grande novità nel sequenziamento del DNA. Facendo scorrere le molecole di DNA attraverso questi minuscoli fori, gli scienziati sperano di leggere un giorno le sequenze genetiche in un batter d'occhio.

Ora, i ricercatori della Brown University hanno portato il potenziale della tecnologia dei nanopori un passo avanti. Hanno combinato un nanoporo con una minuscola gabbia in grado di intrappolare e trattenere un singolo filamento di DNA dopo che è stato tirato attraverso il poro. Mentre in gabbia, esperimenti biochimici possono essere eseguiti sul filamento, che può quindi essere richiuso attraverso il nanoporo per osservare come è cambiato il filo.

"La consideriamo una tecnica abilitante molto interessante, " ha detto Derek Stein, professore associato di fisica e ingegneria alla Brown, che ha contribuito a sviluppare la tecnologia con i suoi studenti laureati. "Ti permette per la prima volta di guardare la stessa molecola prima e dopo qualsiasi tipo di reazione chimica che potrebbe aver avuto luogo".

Un documento che descrive il dispositivo è pubblicato in Comunicazioni sulla natura .

Il dispositivo assomiglia un po' a un minuscolo disco da hockey scavato. Su un lato piatto c'è un nanoporo, e dall'altro lato c'è un buco un po' più grande. Quando immerso in una soluzione contenente DNA, una corrente elettrica attraverso il nanoporo afferra un singolo filo e lo trascina nella camera cava. Una volta lì, il filo ha una naturale tendenza ad arricciarsi in una palla aggrovigliata. Quella palla è troppo grande per uscire dal buco dall'altra parte, ma quel buco può essere usato per introdurre molecole aggiuntive che potrebbero reagire con il DNA intrappolato. Una volta che si è verificata una reazione, la corrente elettrica viene invertita e il filo viene rimandato indietro attraverso il poro, che può cercare cambiamenti nel filo.

"Quello che abbiamo realizzato è fondamentalmente una provetta molto piccola, " disse Xu Liu, che ha guidato il lavoro mentre era uno studente laureato alla Brown. "Possiamo fare biochimica sul singolo filamento in quello spazio molto ristretto".

La chiave della tecnologia, Liu ha detto, stava facendo piccola quella provetta, ma non troppo piccolo. Se fosse troppo piccolo, il DNA non avrebbe abbastanza spazio per rannicchiarsi, che lo farebbe schizzare fuori dal foro nella parte superiore del dispositivo. Utilizzando alcuni calcoli teorici e un po' di tentativi ed errori, i ricercatori si sono stabiliti su una gabbia di circa 1,5 micrometri quadrati.

Liu ha quindi testato la tecnologia utilizzando quello che viene chiamato un enzima di restrizione, che taglia le molecole di DNA in particolari sequenze. Dopo che una molecola di DNA intatta è stata tirata attraverso il poro nella gabbia, i ricercatori hanno applicato l'enzima attraverso il foro nella parte superiore del dispositivo. Se tutto è andato come previsto, l'enzima dovrebbe aver tagliato il filo in quattro pezzi. Quando hanno tirato indietro la molecola attraverso i pori, hanno rilevato quattro segnali distinti, indicando che l'esperimento aveva funzionato come previsto.

I ricercatori affermano che il dispositivo potrebbe essere utilizzato per tutti i tipi di esperimenti con il DNA. Per esempio, gli scienziati usano molecole chiamate sonde di ibridazione per cercare sequenze specifiche in una molecola di DNA. Le sonde si legano alle sequenze bersaglio, creando un rigonfiamento nel filamento di DNA che un nanoporo potrebbe facilmente rilevare.

"C'era sempre il problema di sapere che aspetto aveva il DNA prima che venisse applicata la sonda, " disse Stein. "Questo è un modo per essere sicuri di poter misurare la stessa molecola prima che le venga fatto qualcosa, e poi dopo. Ciò non era possibile prima con i nanopori perché la molecola si allontanava".