Kieszonkowy detektor DNA

Interdyscyplinarne podejście do nauki już nieraz okazało się najlepszym rozwiązaniem istniejących problemów. Tym razem wysiłek specjalisty w dziedzinie nanotechnologii ma szansę stać się przełomem w biologii molekularnej, a dzięki temu być może także w innych dziedzinach, np. w kryminalistyce lub medycynie. Dr Samuel Afuwape z amerykańskiego Uniwersytetu Narodowego, bo o nim mowa, opublikował niedawno hipotetyczny model przenośnego urządzenia zdolnego do szybkiego i wygodnego wykrywania DNA o określonej sekwencji.

Detektory DNA pierwszej generacji bazują na fluorescencyjnych cząsteczkach przyłączanych do DNA, które emitują światło widzialne po oświetleniu światłem UV. Są one dość skuteczne, lecz, niestety, drogie i niezbyt szybkie w działaniu. Kolejna generacja tego typu urządzeń używa tzw. enzymów markerowych - białek zdolnych do przeprowadzania reakcji barwnej. Niestety, one również mają swoje wady: stosowane w nich białka są bardzo drogie i wrażliwe na warunki otoczenia, a rozmiary maszyn wciąż nie pozwalają na zabranie ich np. do samochodu, by wykonać analizy w terenie. Obecnie najczęstszym kierunkiem badań jest opracowywanie maszyn, które nie używałyby tak złożonych systemów detekcji, dzięki czemu byłyby mniejsze i tańsze. Właśnie taki kierunek działania przyjął dr Afuwape.

Naukowiec opracował model urządzenia (należy zaznaczyć, że nie stworzył jeszcze jego prototypu), które wykrywałoby subtelne zmiany pola elektrycznego po złączeniu się dwóch cząsteczek DNA o odpowiadającej sobie sekwencji. Sercem układu jest specjalny tranzystor, nazwany ISFET (od ang. ion-selective field-effect transistor, co znaczy mniej więcej: selektywny dla jonów tranzystor zależny od efektu pola).

ISFET jest w stanie wykrywać bardzo delikatne zmiany przewodności materiałów. Idea działania urządzenia jest następująca: połączenie ze sobą dwóch pasujących do siebie (komplementarnych) sekwencji DNA wyzwalałoby reakcję chemiczną, której efektem byłoby wytworzenie jonów. Zajście reakcji tego typu jest jednoznaczne z wytworzeniem prądu elektrycznego. Zadaniem ISFET wg pomysłu naukowca jest wykrycie wspomnianych zmian w przepływie prądu elektrycznego, co potwierdzałoby obecność w badanej próbie poszukiwanej cząsteczki DNA. Badacz opracował listę związków chemicznych, które potencjalnie mogłyby zostać wykorzystane w prototypie urządzenia.

Ewentualne zastosowania urządzenia najlepiej opisał sam autor projektu: ISFET ma szansę stać się sercem wysoce precyzyjnych, czułych i miniaturowych detektorów DNA. Urządzenia takie znajdą szerokie zastosowanie w medycynie, rolnictwie, a także w naukach o środowisku. Przydadzą się także w związku z wykrywaniem broni biologicznej. Hipotetyczny model urządzenia zapowiada się więc niezwykle ciekawie. Z zainteresowaniem czekamy na stworzenie działającego prototypu.

detektor DNA dr Samuel Afuwape ISFET komplementarne