Новости химической науки > Еще один способ ускорить секвенирование ДНК

Благодаря новой методике, позволяющей контролировать скорость движения нитей ДНК сквозь нанопоры «считывающего» белка в будущем может быть разработана новая дешевая методика секвенирования нуклеиновых кислот.

Разработка, авторами которой являются исследователи из группы Реза Гадири (Reza Ghadiri) из Исследовательского Института Скриппса решили фундаментальную проблему, которая ограничивала применение и разработку секвенирования ДНК с помощью нанопор. Эта проблема заключалась в том, как добиться достаточно медленного движения нитей ДНК через поры белка – скорость, которая необходима для этого метода секвенирования, должна позволять считывание молекулы ДНК по принципу «нуклеотидная пара за нуклеотидной парой».

В новом подходе используется двигательная функция ДНК-полимеразы, что позволяет «протаскивать» молекулу ДНК через поры со скоростью достаточно медленной для идентификации нуклеотидных пар. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2010, DOI: 10.1002/anie.201005460)

Идея секвенирования ДНК с помощью пористых белков была ранее сформулирована Хаганом Бэйли (Hagan Bayley) из Оксфорда и выглядит достаточно простой в плане формулировки принципа. Бэйли предложил следующее: каждая нить ДНК помещается в пору белка, на эту же пору подается электрический ток, при этом по изменению силы тока можно судить о том, какое конкретно азотистое основание в данный момент располагается в поре.

В теории расшифровка амперограммы позволит определить последовательность нуклеотидов в молекуле нуклеиновой кислоты. Однако же на практике до настоящего времени скорость «протяжки» нуклеиновой кислоты была слишком высокой для того, чтобы давать возможность определять индивидуальные нуклеотиды – фиксировалась лишь «усредненная» картинка.

Гадири модифицировал предложенный Бэйли метод, решив присоединить фермент-полимеразу к одному из концов нити ДНК (этот фермент используется природой для превращения одиночных цепей ДНК в двойную спираль во время процесса репликации). Во время работы он перемещается по нити ДНК, обеспечивая постепенное спаривание азотистых оснований, одновременно медленно протягивая нить ДНК через пору нуклеотид за нуклеотидом. Такой скорости движения нити через пору оказывается вполне достаточно для того, чтобы идентифицировать индивидуальное азотистое основание электрохимическими методами. Гадири подчеркивает, что обладая свойствами двигательного белка, полимераза не просто замедляет скорость движения нуклеиновой кислоты через поры белка – она просто способствует пошаговому прохождению азотистых оснований через белок.

Бэйли, работающий совместно с Гадири (но не являющийся соавтором модификации, описанной выше) отмечает, что использование фермента является наглядным примером того, что ДНК может протягиваться через пору белка только под действием фермента не требующем постоянного добавления дополнительных реагентов, разработанная система может вполне считаться шагоми вперед к разработке новых методов секвенирования нуклеиновых кислот.

Гадири заявляет, что в его группе уже идет работа над новым поколением системы секвенирования, в которой ДНК-полимераза будет скомбинирована с технологией Бэйли, позволяющей считывать информацию о ДНК по электрохимическому поведению поры, через которую она проходит.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2010, DOI: 10.1002/anie.201005460

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #кинетика и катализ, #молекулярная биология, #химия полимеров