«Мы в центре развития быстрого и недорогого цифрового метода, чтобы обнаружить генные мутации в высоком разрешении – в масштабе единственного изменения нуклеотида в последовательности нуклеиновой кислоты», сказал Рэтнеш Лэл, преподаватель биоинженерии, машиностроения и материаловедения в Школе Джейкобса Разработки в Сан-Диего UC.Технология, которая является на этапе доказательства понятия, является первым шагом к чипу биодатчика, который может быть имплантирован в тело, чтобы обнаружить определенную мутацию ДНК – в режиме реального времени – и передать информацию с помощью беспроводных технологий к мобильному устройству, такому как смартфон или ноутбук.Команда во главе с Lal, которая служит соруководителем для Центра передового опыта для Наномедицины и Разработки, подцентра Института Разработки в Медицине (IEM) в Сан-Диего UC, и Геннадий Глинский, исследователь в IEM, развивала новую технику, чтобы обнаружить наиболее распространенную генетическую мутацию, названную единственным полиморфизмом нуклеотида (SNP), который является изменением единственной основы нуклеотида (A, C, G или T) в последовательности ДНК. В то время как большинство SNPs не имеет никакого различимого эффекта на здоровье, некоторые связаны с патологическими состояниями, такими как рак, диабет, болезнь сердца, нейродегенеративные расстройства, аутоиммунные болезни и воспалительные заболевания.
Текущие методы обнаружения Шотландской национальной партии относительно медленные, дорогие и требуют использования тяжелого оборудования. «Мы развиваем быстрый, легкий, недорогой и портативный способ обнаружить SNPs использование маленького чипа, который может работать с Вашим сотовым телефоном», сказал Престон Лэндон, исследователь в исследовательской группе Лэла и co-first автор на бумаге PNAS.Чип состоит из исследования ДНК, включенного на графеновый транзистор эффекта области. Исследование ДНК – спроектированная часть двойной спирали ДНК, которая содержит кодирование последовательности для определенного типа Шотландской национальной партии.
Чип определенно спроектирован и изготовлен, чтобы захватить ДНК (или РНК) молекулы с единственной мутацией нуклеотида – каждый раз, когда эти куски ДНК (или РНК) связывают с исследованием, электрический сигнал произведен.Чип по существу работает, выполняя смещение нити ДНК, процесс, в котором ДНК двойная спираль обменивает один берег на другую комплементарную нить. Новая комплементарная нить – который, в этом случае, содержит единственную мутацию нуклеотида – связывает более сильно с одним из берегов в двойной спирали и перемещает другой берег.
В этом исследовании исследование ДНК – двойная спираль, содержащая две дополнительных нити ДНК, которые спроектированы, чтобы связать слабо друг с другом: «нормальный» берег, который присоединен к графеновому транзистору и «слабому» берегу, на котором четыре Г в последовательности были заменены inosines, чтобы ослабить его связь к нормальному берегу. Нити ДНК, у которых есть отлично соответствующая дополнительная последовательность к нормальному берегу – другими словами, берега, которые содержат Шотландскую национальную партию – свяжут с нормальным берегом и собьют со слабого берега.
Исследователи спроектировали чип, чтобы произвести электрический сигнал, когда содержащий Шотландскую национальную партию берег связывает с исследованием, допуская быстрое и легкое обнаружение Шотландской национальной партии в образце ДНК.Исследователи указали, что новая особенность их чипа – то, что исследование ДНК присоединено к графеновому транзистору, который позволяет чипу работать в электронном виде. «Основной момент этого исследования, мы показали, что можем выполнить смещение нити ДНК на графеновом транзисторе эффекта области.
Это – первый пример объединения динамических нанотехнологий ДНК с высоким разрешением электронное ощущение. Результат – технология, которая могла потенциально использоваться с Вашими беспроводными электронными устройствами, чтобы обнаружить SNPs», сказал Майкл Хван, доктор философии материаловедения студент в Сан-Диего UC и co-first автор исследования.Использование исследования двойной спирали ДНК в технологии, разработанной командой Лэла, является другим улучшением по сравнению с другими методами обнаружения Шотландской национальной партии, которые, как правило, используют одноцепочечные исследования ДНК.
С исследованием двойной спирали ДНК только нить ДНК это – идеальная пара к нормальному берегу, способно к перемещению слабого берега. «Одноцепочечное исследование ДНК не обеспечивает эту селективность – даже нить ДНК, содержащая одну основу нуклеотида несоответствия, может связать с исследованием и произвести ложно-положительные результаты», сказал Лэл.Другое преимущество исследования двойной спирали ДНК состоит в том, что исследование может быть более длительным, позволив чипу обнаружить Шотландскую национальную партию в рамках более длительных отрезков ДНК. В этом исследовании Lal и его команда сообщили об успешном обнаружении Шотландской национальной партии с исследованием, которое было 47 нуклеотидами долго – самое долгое исследование ДНК, которое использовалось в обнаружении Шотландской национальной партии до сих пор, сказали исследователи.Кроме того, более длительное исследование гарантирует, что обнаруживаемая последовательность ДНК уникальна в геноме. «Мы ожидали, что с более длительным исследованием, можем разработать надежный определенный для последовательности чип обнаружения Шотландской национальной партии.
Действительно, мы достигли высокого уровня чувствительности и специфики с технологией, которую мы разработали», сказал Лэл.Следующие шаги включают увеличение масштаба технологии и добавление беспроводной способности к чипу.
Далее в будущем исследователи предполагают тестирование чипа в клинических параметрах настройки и использовании его, чтобы провести жидкие биопсии. Они также предполагают это, технология могла привести к новому поколению диагностических методов и персонализировала лечение в медицине.