Revolúcia detekcie génov vďaka nanotechnológiám
11.1.2008 12:40:17 | QPhysorg | Počet zobrazení: 2177x
Vedci z Inštitútu biodizajnu Arizonskej štátnej univerzity vyvinuli ako prví na svete platformu pre určovanie génov založenú len na štruktúrach DNA. Výsledky by mohli mať vplyv na vývoj technológie génový čipov a mohli by zmeniť spôsob akým sa analyzujú gény v jedinej bunke.
„Začíname s najznámejšou štruktúrou v biológii, DNA, a aplikujeme ju ako nanoskopický materiál,“ povedal Hao Yan, jeden z autorov výskumu.
Yan je vedcom, ktorý sa zaoberá oblasťou rýchlo sa pohybujúcich polí známou ako štrukturálna nanotechnológia DNA. V rámci nej veci skúmajú spájanie molekúl DNA do rôznych nanoskopických štruktúr so širokými možnosťami uplatnenia od ľudského zdravia po nanoelektroniku. Yan viedol tím vedcov, ktorí prišli na spôsob, akým využiť nanotechnológiu DNA na sledovanie chemických spravodajcov génov – RNA.
„Je to jedno z prvých praktických použití silnej technológie, ktorá bola doteraz len predmetom výskumu,“ povedal člen výskumného tímu Stuart Lindsay.
Technológia DNA čipov a mikroskopických polí sa stala multimiliardovým priemyslom po jej použití na skúmanie mutácie tisícok génov v rovnakom čase alebo na odhalenie príznakov chorôb. Vďaka tomu, že vzorky DNA sú pripojené k hladkému povrchu mikroskopického čipu, proces nájdenia vzoriek je relatívne pomalý. Tiež je ťažké kontrolovať vzdialenosti medi vzorkami s presnosťou v nanometroch.
„V našej práci popisujeme vývoj nanoskopického poľa rozpustného vo vode, ktoré dokáže využiť proces samousporiadania molekúl DNA a má výhody, ktoré mikroskopické polia DNA čipov nemajú,“ povedal Yan. „Polia sú reaktanty na rozdiel od pevného povrchu čipu.“
Na to, aby vytvorili vedci z DNA sondy sledujúce RNA, využili základné pravidlá chemickej abecedy párovania DNA (A sa spája vždy len s T, C sa spája vždy len s G). Kontrolou presnej pozície a umiestnenia chemických báz v syntetickej replike DNA vytvorili vedci jedno vlákno DNA, M13, s takým usporiadaním, aby jeho časti slúžili ako sondy reagujúce na špecifické prejavy génov.
Yan sa odvoláva na samousporiadavacie nanopolia DNA ako na časti nukleových kyselín, ktoré vyzerajú ako nanoskopická poštová známka. V jednom kroku dokáže systém s M13 produkovať viac ako 100 biliónov časti s takmer stopercentným ziskom.
Yanov tím navrhol tri rôzne DNA sondy na detekciu troch rôznych génov RNA a čiarový kód na rozlíšenie jednotlivých častí. „Každú sondu rozoznáme podľa jej čiarového kódu, preto ich môžeme zmiešať do jedného riešenia a použiť ich na viacnásobnú detekciu,“ povedal Yan. Skupina vedcov využíva mikroskopiu atómových síl, ktorá im dovoľuje pozorovať časti na úrovni molekúl.
Na povrchu každej časti sondy DNA je umiestnený malý vláknitý kúsok DNA, ktorý sa dokáže pripojiť k sledovanej časti RNA. „Každá sonda v skutočnosti obsahuje dve polovičné sondy, takže ak dôjde k pripojeniu RNA, zmení sa na polovičné sondy a zmení jednovláknové časti na tuhú štruktúru,“ povedal Yan. „Keď je stuhnutá, zachytí ju konzola mikroskopu atómových síl, a môžeme ju pozorovať. Výsledkom je mechanická detekcia.“
Technológia je schopná zachytiť aj drobné množstvo RNA. „Pretože väzba v hybride DNA-RNA je taká silná, v princípe by sme mohli zachytiť aj jedinú molekulu,“ povedal Yan.
Napriek tomu, že je ešte potrebné prekonať množstvo technických prekážok, skupina vedcov sa teší na možné aplikácie v technológii. „Naše sondy sú rozpustné vo vode, takže aj malý objem by mohol fungovať na úrovni buniek. Našim hlavným cieľom je zachytiť prejavenie génu RNA na úrovni jedinej bunky.“