На ринок виходить дешифратор ДНК у вигляді USB-флешки

Автор/джерело -  © “Аратта-Україна”

У Великобританії створено найкрихітніший автоматичний розшифровувач геному в світі. Він з’явиться на прилавках вже в нинішньому році, причому - з доволі привабливим цінником. А компанію йому складе не менш цікавий ДНК-аналізатор, створений у вигляді сервера.

Дешифратор ДНК GridION (ліворуч) його молодший побратим у вигляді USB-флешки радикально спрощують розшифровку генома на всіх етапах - від підготовки зразка самої ДНК до отримання результату (фото Oxford Nanopore Technologies).

Компанія Oxford Nanopore Technologies продемонструвала мініатюрний одноразовий визначник послідовності основ молекули ДНК - MinION повідомляє Membrana.ru.

Повністю автономний прилад, що за розміром трохи більший пам’яті-флешки, підключається до USB-порту ноутбука або ПК. Він містить всі елементи, необхідні для повного секвенування генома: мікропотокові системи, унікальний сенсор і спеціалізовану електроніку.

Точність роботи новачка - на рівні існуючих систем секвенування, стверджують творці приладу. Апарат виконує пряме зчитування «літер» ДНК і в реальному часі відображає їх на екрані, а також записує в пам’ять комп’ютера.

Дослідники можуть заздалегідь визначити, який обсяг інформації їм потрібен для отримання результату того чи іншого дослідження, або який фрагмент генетичного коду вони шукають, і припинити розшифровку відразу після досягнення результату, щоб швидко перейти до нового експерименту.

Підготовка зразків для системи MinION теж не вимагає великих зусиль. Прилад працює з дволанцюжковою ДНК, причому йому не потрібна попередня ампліфікація (метод збільшення кількості необхідних фрагментів ДНК за допомогою полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) або молекулярного клонування).

В деяких випадках сенсор може виділити молекулу відразу ж з проби крові або сироватки, а іноді може знадобитися невелика попередня обробка суміші.



Ще цікавіше, що прилад MinION є побічним проектом, що народився під час створення більш великої і потужної багаторазової системи секвенування - GridION. Обидві використовують одну технологію розшифровки генома, над якою група біохіміків з Британії і США працювала близько 20 років (рахуючи від появи голої ідеї).

В основі механізму лежить полімерна мембрана з вбудованими нанопорами. Ця частина приладу отримана комбінацією натуральних (білки) і синтетичних молекул.

Нанопори в мембрані спроектовані так, щоб пропускати строго певні молекули. Спеціально розроблений фермент, що додається в розчин з пробою, підхоплює молекулу ДНК і послідовно продавлює її через пору, як через фільєру.

В цей час підключена до пори електронна схема фіксує електричні коливання. За їхнім специфічним профілем апарат обчислює кожну базову пару, що проходить крізь пору, причому з високою точністю навіть для дуже довгих фрагментів «молекули життя».

На відміну від свого крихітного побратима система GridION являє собою щось на зразок комплексу серверів-дешифраторів (компанія називає їх вузлами - GridION node).

Кожен такий вузол має слот для одноразового картриджа. Останній містить весь набір реагентів, необхідних для повного аналізу ДНК, і власне чіп-аналізатор з двома тисячами описаних вище нанопор.

Вузол GridION node з високою точністю вимірює іонні струми усередині чипа, розшифровує їх і виводить на дисплей результат секвенування. Паралельно послідовність генетичного коду записується на зовнішній жорсткий диск або інший комп’ютер (через USB або Мережу).

Нанопори в мембрані спроектовані так, щоб пропускати строго певні молекули (ілюстрація Oxford Nanopore Technologies)

За добу один GridION node здатний видати десятки гігабайт даних за послідовністю основ у досліджуваних ДНК.

Апарат GridION може бути налаштований на пошук не тільки в зразку і аналіз ДНК, а й інших молекул - потрібних вченим білків або, приміром, вибухових з’єднань.

Хоча «сервер» GridION node здатний працювати як самостійне настільне обладнання, найбільш вражаючий результат досягається, коли кілька таких апаратів об’єднуються в серверну стійку (розміри і роз’єми GridION node відповідають звичайному серверу стандартної ширини 19 дюймів) і діють узгоджено, обмінюючись даними прямо в ході декодування.

У 2013 році повинна вийти версія GridION node вже на 8000 нанопор, і вона повинна працювати швидше попередньої моделі.

За інформацією розробників, 20 таких машин в одній серверної стійці зможуть декодувати весь геном тієї чи іншої людини лише за 15 хвилин.



Обидва апарати, і GridION (у першій версії), і вражаючий MinION, намічено випустити на ринок в 2012 році. Виробник має намір встановити конкурентноздатні ціни, в порівнянні з останніми технологіями швидкісної розшифровки генома.

Зокрема, «секвенсор ДНК - флешка» буде коштувати менше $900, передає Technology Review.

Тут потрібно згадати, що трохи більше року тому американська компанія Life Technologies представила настільний персональний розшифровувач геному Personal Genome Machine, що коштує трохи менше $100 000. Принцип, застосований в ньому, відрізняється від технології GridION, але є і загальна риса: для автоматизованого секвенування вчені теж розробили мікрочіп, що поєднує в собі електроніку з хімією.

У січні 2012 року Life Technologies (вірніше, її дочірня фірма Іон Torrent) показала свою нову модель дешифратора генома ПІД назвою Ion Proton. Ця машина оцінена вже в $149 000, але зате чіп-аналізатор, що прихований всередині, в 1000 раз потужніший, ніж колишній зразок.

Всі згадані апарати повинні усунути, як кажуть вчені, одне з вузьких місць в цілому переліку біологічних і медичних досліджень - повільне декодування генома.

Тепер таке завдання можуть брати на себе порівняно дрібні лабораторії, а у випадку з розшифровувачем-флешкою ​​можна сказати, що технологія декодування ДНК знаходиться на порозі того, щоб прийти чи не в кожну оселю, подібно до того, як зараз люди самостійно аналізують вміст цукру в крові.