Cały genom w ciągu minut
Mimo dekad rozwoju genetyki, sekwencjonowanie DNA jest procesem kosztownym i uciążliwym. Pierwsze pełne zsekwencjonowanie całego ludzkiego genomu odbyło się w 2001 roku kosztem trzech miliardów dolarów, mimo ciągłego udoskonalania metod i redukcji ceny jeszcze w roku 2007 taka procedura kosztowała milion dolarów. Brytyjscy naukowcy z Imperial College London opatentowali technologię, która ma w ciągu dziesięciu lat obniżyć cenę sekwencjonowania pełnego genomu do kilku dolarów i skrócić czas do kilku minut.
Obecnie odczytanie sekwencji DNA jest kosztowne i wyjątkowo długotrwałe (przeciętne tempo odczytu to około 10 par zasad na sekundę, a trzeba ich odczytać ponad trzy miliardy), ponieważ wymaga najpierw cięcia - przy pomocy odpowiednich enzymów - nici DNA na mniejsze fragmenty, namnażaniu ich, a dopiero potem odczytywaniu i składaniu na powrót w całość. Cały proces jest dodatkowo podatny na błędy.
Naukowcy z Imperial College London pokonują kolejne bariery na drodze do skonstruowania czytnika, który będzie odczytywał pary zasad w tempie 10 milionów na sekundę, nie wymagając żadnych zabiegów przygotowawczych, cięcia czy składania na powrót nici DNA. Sztuka polega na przeciąganiu nici DNA z dużą prędkością (z zastosowaniem ładunku elektrycznego) przez otwór o średnicy 50 nanometrów w specjalnym silikonowym chipie. Po drugiej stronie otworu znajdują się dwie nanoelektrody w odstępie zaledwie 2 nanometrów. Przechodzące między nimi pary zasad (A, C, T, G) są odczytywane z wykorzystaniem „tunelowego połączenia elektrod". Odczytywaniem i składaniem informacji w całość miałby zająć się odpowiednio szybki komputer.
Do tej pory problemem była precyzja wykonania takiego instrumentu, obecnie jednak udało się osiągnąć oczekiwane rezultaty, dzięki zastosowaniu platynowych elektrod. Stworzenie w pełni działającego zestawu ma zająć jeszcze dziesięć lat, ale technologia już została opatentowana.
Możliwość poznania indywidualnego genomu przez każdego człowieka, szczególnie w połączeniu z coraz lepszym rozumieniem jego funkcjonowania, bez wątpienia stanowić będzie postęp w naukach biologicznych i medycznych. Nieodległy wydaje się czas, kiedy każdy natychmiast będzie mógł poznać swoje „słabe strony" - podatność na określone choroby, czas życia, itd.
Autorzy pracy „DNA Tunneling Detector Embedded in a Nanopore" opublikowanej w NanoLetters to Aleksandar P. Ivanov, Emanuele Instuli, Catriona M. McGilvery, Geoff Baldwin, David W. McComb, Tim Albrecht i Joshua B. Edel.
Łatwość taka może jednak rodzić zagrożenia. Po takie narzędzie bez wątpienia sięgnęłyby na przykład firmy ubezpieczeniowe, albo wywiady, które z radością dowiedziałyby się na przykład, kto z inwigilowanych dyplomatów ma wrodzoną skłonność do nałogów. Wizję takiego świata niósł amerykański film s-f Gattaca z 1997 roku. W świecie tym każde dziecko już przed urodzeniem miało opracowany profil zdrowotny, ludzi identyfikowano po ich DNA szybciej niż dzięki odciskom palców. W filmowym świecie łatwość ta doprowadziła niestety do smutnych efektów: pojawienia się „genowego rasizmu" i podzielenia ludzi na kasty.
Komentarze (3)
cyberant, 20 grudnia 2010, 21:13
Tak mnie coś zastanowiło: "Obecnie odczytanie sekwencji DNA jest kosztowne i wyjątkowo długotrwałe (przeciętne tempo odczytu to około 10 par zasad na sekundę, a trzeba ich odczytać ponad trzy miliardy)"
o ile dobrze rozumuje liczenie 3 miliardów elementów w tempie 10 na sekundę, trwało by 300 milionów sekund. A 300 milionów sekund to 5 milionów minut, które dają 83 333 godzin = 3472,22 dni, czyli w chwili obecnej odczytanie genomu zajmuje prawie 10lat? To nielogiczne , skąd ta liczba 3 miliardów i do czego jest potrzebne policzenie tego wszystkiego ?
Jeśli dobrze rozumiem - to chodzi o to, że cały genom człowieka to 3 miliardy par zasad i odczytanie CAŁEGO genomu pojedynczego człowieka zajęło by tyle czasu, ale chyba nikt nie robi takich całościowych odczytów? Raczej tysiące laboratoriów na świecie zajmuje się fragmentami genomu i odczytuje te konkretne fragmenciki odpowiadające za określone funkcje i nikt nie musi odczytywać całości na raz w ciągu...
To trochę tak jak by do dowiedzenia się jakiejś informacji, np. jakiegoś pojęcia czytać od A do Z 13 tomową encyklopedie, Zamiast dorwać się do konkretnego fragmentu i przeczytać pół kartki
I tu ta technika się przyda, bo zamiast czytać "pół kartki" przez kilkanaście minut będą w stanie odczytać ten fragment w kilka sekund. Pisania o tych 10 latach jest lekkim naciągnięciem, chociaż dobrze obrazuje skalę...
PS. Tak mi się jeszcze przypomniało, nawet jak by ktoś chciał odczytać cały genom człowieka, to zamiast odczytywać go "szeregowo" raczej pociął by go na fragmenty .. tysiące fragmentów i policzył je "wielowątkowo"
Po to chyba te superkomputery mają tyle rdzeni
mikroos, 20 grudnia 2010, 21:30
Najwydajniejsze stosowane obecnie systemy sekwencjonowania tną DNA losowo lub równolegle na kilka róznych sposobów, a potem sekwencjonują pojedyncze fragmenty, po czym ich kolejność ustala się na podstawie sekwencji nakładających się fragmentów. Na szczęście liczba 10 bp/s jest już od dawna nieaktualna, ale faktycznie nowa metoda może oznaczać znaczny krok naprzód:)
Jurgi, 21 grudnia 2010, 11:08
Też mi się to tempo wydało ciut małe; być może dla lepszego efektu coś podkoloryzowano lub pominięto (możliwe, że odczytuje się w kilku procesach równolegle?). Ale cóż – tak stoi w oryginale.