DNS szekvenálás USB porton

Cikkünk főszereplője első pillantásra hétköznapi USB memóriakártyának tűnik, azonban egy egészen új képességgel, a DNS szekvenálással ruházza fel számítógépünket.

A brit Oxford Nanopore által megalkotott MinION elsődleges célja az egyszerű, például vírus és baktérium génállományok szekvenálása, amivel néhány másodperc leforgása alatt végez. A bonyolultabb genomokhoz természetesen több időre van szüksége, fejlesztői szerint azonban gyors eredményekkel szolgál szövettani vizsgálat esetében, amikor a rák jelei után kutatnak, vagy egy csontszilánk genetikai azonosításánál egy ásatáson például, vagyis hatásai a gyógyászatban és a genetikában rendkívüliek lehetnek.


A cég a múlt hét végén mutatta be készülékét a floridai AGBT konferencián, ami egy egyszerű vírust, az 5000 genetikai bázispárból álló a Phi X-et szekvenálta. "A Phi X volt az első szekvenált DNS genom" - utalt Fred Sanger 1977-es úttörő munkájára Nick Loman, a Birminghami Egyetem Pallen kutatócsoportjának bioinformatikusa, aki szerint a bemutató célja a technika működésének demonstrálása volt. "Ha ezt a genomot sikerült szekvenálni, akkor a hosszabb állományok sem jelenthetnek akadályt"

Az Oxford Nanopore egy nagyobb eszköz megépítésén is dolgozik, a GridION laboratóriumi alkalmazásra készül. Mindkét eszközt ugyanaz a technológia működteti. A DNS-t egy enzimeket tartalmazó oldathoz adja, amit az egyes szálvégek megkötnek. Ezután elektromos feszültséget futtatnak végig az oldaton, ami az oldat alján elhelyezkedő, szintetikus polimerből készült hártya több száz, mindössze 10 mikrométer átmérőjű nanopórus szondájához vezeti az enzimeket és a DNS-t. A pórusokban az alfa-hemolizin (AHL) nevű protein egy módosított változata helyezkedik el, ami 10 nanométer széles nyílással rendelkezik a magjában. Amint a DNS beáramlik a pórusba, az enzim hozzácsatolja magát az AHL-hez és letekerve a kettős spirál egyik szálát a póruson keresztül elkezdi kicsomagolni a DNS-t.


A bázisok egyedi elektromos karakterisztikái megszakítják az elektromosság áramlását a pórusoknál, így azok észlelik és értelmezik a molekulákat, megállapítva, hogy a négy bázis melyike haladt át rajtuk, ezáltal a rendszer képes megkülönböztetni az adenint, citozint, guanint és timint, 64 különböző kombináció felismerését téve lehetővé. Az eszköz a szekvenáláshoz szükséges energiát és számítási teljesítményt is attól a számítógéptől nyeri, amihez csatlakoztatjuk. Az elemzéshez mintaként vért, plazmát és vérsavót alkalmazhatunk.

Ennek a megoldásnak két fő előnye van a többi szekvenáló technikával szemben. Elsőként a DNS-t nem kell felerősíteni, vagyis megtöbbszörözni a megbízható mérés érdekében, ami egy felettébb időigényes folyamat. Másodszor az eszközök akár 10.000 bázisból álló DNS szálak folyamatos szekvenálására is képesek, míg a legtöbb technikánál a DNS-t kisebb, legfeljebb néhány száz bázisból álló töredékekre kell szétszedni, majd a kiolvasás után összerakosgatni, akár egy kirakós játék elemeit, ami ugyancsak idő- és energiaforrás igényes művelet. "Egy nekifutásra kiolvassuk az egészet" - jegyezte meg a Phi X-el kapcsolatban Clive Brown, az Oxford Nanopore műszaki igazgatója.


A MinION működési ideje mindössze 6 óra, ezalatt azonban több mint 150 millió bázispárt tud kiolvasni. Ez nem elegendő egy hosszabb emberi kromoszóma szekvenálásához, ami akár 250 millió bázispárt is tartalmazhat, itt lép azonban be a képbe a GridION, amiben több kártya is elhelyezhető és összeköthető. Egy 20 csomópontos GridION 15 perc alatt végez egy teljes emberi genom szekvenálásával. A MinION célja a rövidebb szekvenálási feladatok elvégzése, melyekkel azonosíthatóvá válnak a kórokozók, vagy kiszűrhetők a különböző betegségek kockázatát növelő genetikai mutációk. Mindkét egység 900 dollár körüli áron jelenik majd meg a piacon még az idei évben. "A nanopórus szekvenálás legnagyobb erőssége, hogy nagyon hosszú olvasásokra képes, ami jelenleg a legtöbb technológia korlátja" - mondta Loman.

A klinikai alkalmazásoknál is komoly előnyei lehetnek a MinION-nak, véli David Raski, a Maryland Egyetem géntudományi karának tudósa. "Komoly kihatásai lehetnek a közegészségügyre, ténylegesen megváltoztatva a gyógyászatot" - mondta. "Minél többen használják az eszközt, annál olcsóbb és hozzáférhetőbb lesz"