Моторный белок вместо электрического поля: новый шаг к персонализированной медицине

Быстрое и недорогое секвенирование ДНК стало на шаг ближе благодаря новому методу управления движением отдельных цепочек ДНК через специальное устройство для считывания информации – белковую нанопору. Работа Реза Гадири (Reza Ghadiri) и его группы из Научно-исследовательского института Скриппса (Scripps Research Institute), США, разрешила основную проблему, сдерживающую развитие основанного на нанопорах секвенирования ДНК – как заставить ДНК проходить через нанопору настолько медленно, чтобы можно было считать всю последовательность, основание за основанием.

Идея создания такого основанного на белке устройства для чтения – подобного тому, что недавно было разработано Хаганом Бейли (Hagan Bayley) из Оксфордского университета, Великобритания, – в принципе проста. Для перемещения отдельной цепочки ДНК с одной стороны поры на другую используется электрический потенциал. Когда цепочка входит в пору, текущий через пору ток изменяется на вполне измеряемую величину. Для каждого азотистого основания ДНК (нуклеотида), находящегося в данный момент в поре, характерны определенные изменения в силе тока.

Теоретически последовательность ДНК может быть считана путем записи тока, меняющегося в момент прохождения нанопоры каждым нуклеотидом. Однако на практике даже минимально необходимое для прохождения цепочки через пору напряжение протаскивает ДНК слишком быстро, чтобы можно было определить каждое отдельное основание.

Гадири решил связать фермент полимеразу – белок, который в процессе деления клетки природа использует для преобразования одноцепочечной ДНК в двухцепочечную – с концом цепочки ДНК. Достраивая вторую, комплиментарную первой, цепочку, моторный белок ДНК-полимераза продвигается по молекуле ДНК, добавляя основание за основанием. Постепенно, также основание за основанием, он «протаскивает» исходную цепочку через пору, подтягивая ее к себе. Процесс протекает с небольшой скоростью, как раз достаточной для того, чтобы каждый нуклеотид мог быть идентифицирован электрохимическими методами.

«Полимераза – моторный белок», – говорит Гадири. «Она не только замедляет скорость прохождения ДНК через пору, что очень важно само по себе, но и вынуждает молекулу делать это в пошаговом режиме».

1_46.jpg Моторная функция белка-фермента ДНК-полимеразы позволяет протаскивать одноцепочечную молекулу ДНК через нанопору достаточно медленно для того, чтобы успеть идентифицировать отдельные нуклеотиды.
(Image:rsc.org)

«Эта замечательная демонстрация того, что ДНК можно провести через нанопору с помощью фермента, без циклического добавления химических веществ, дополняет недавние успехи в определении нуклеотидов», – говорит Бейли, сотрудничающий с Гадири в области создания считывающих устройств для ДНК, но не принимавший участия в последнем исследовании. «Когда мы объединим эти две идеи, устройство для считывания ДНК с помощью нанопор станет полным».

Гадири уже работает над следующей версией своей системы, в которой его основанный на ДНК-полимеразе подход будет сочетаться с нанопорой, способной идентифицировать каждое проходящее через нее основание, разработанной Бейли. «Это не будет легкой задачей, но, по крайней мере, здесь не встает фундаментального вопроса о том, можно ли это сделать в принципе», – говорит ученый.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.5 (2 votes)
Источник(и):

http://www.rsc.org/…29111001.asp