Несмотря на быстрое развитие нанотехнологий, до сих пор существуют проблемы по созданию компактного и быстродействующего ДНК-секвенатора. Похоже, специалистам из компании IBM удалось разработать эффективную архитектуру нано-секвенатора.

Учеными использован принцип секвенирования с помощью полупроводниковой нанопоры. Молекула ДНК протягивается через крошечное отверстие в чипе секвенатора, и, по мере прохождения, чипом считывается последовательность нуклеотидов.

Подобный довольно простой принцип действия в реальности сложно реализовать. Во-первых, не всегда удается обеспечить точный контроль за «протягиванием» молекулы через пору. Во-вторых – скорость считывания последовательности нуклеотидов достаточно низка. Почти год назад учеными из США была продемонстрирована модель подобного ДНК-секвенатора, использующего в качестве нанопоры транзистор, реагирующий на прохождение через канал нуклеотидов различного типа. К сожалению, модель так и не была испытан на практике.

Рис. 1. Схема устройства ДНК-секвенатора

Ученые из IBM смогли реализовать ДНК-транзистор в «кремнии». Похоже, что первые шаги по созданию компактного, быстрого и недорогого секвенирования генома увенчались успехом. Похоже, что в недалеком будущем можно будет «прочесть» геном человека за сумму от 100$ до 1000$. Для сравнения: проект генома человека Human Genome Project (HGP) еще недавно стоил три миллиарда долларов.

То, что каждый человек может обзавестись «личной картой генома» произведет революцию в генной медицине и терапии, так как больному можно будет создавать лекарство, учитывающее особенности его личного генома. Фактически, эра «персональной медицины» невозможна без «генной карточки» пациента, что, в свою очередь, заслуга быстрых и дешевых секвенаторов.

Как сообщает один из исследователей IBM, Густаво Столовицкий (Gustavo Stolovitzky), в кремниевом чипе-наносенсоре ученые сделали отверстие – нанопору диаметром всего три нанометра.

Мембрана, содержащая нанопору, состоит из металлических контактов (показаны оранжевым цветом), которые разделены диэлектриком (желтый). Таким образом канал нанопоры представляет собой резервуар, через который проходят отрезки ДНК.

Как только на нанопору подается переменное напряжение, молекула ДНК перемещается вдоль слоев диэлектрик-полупроводник со скоростью несколько миллионов нуклеотидов в секунду!

Управлять прохождением ДНК через канал можно, создав локальные электрические поля внутри нанопоры. Это удается благодаря его слоеной структуре.

Таким образом, ученые из IBM способны быстро и, что не менее важно, управляемо, протянуть ДНК через нанопору. Они первые, кто смог это сделать с высокой степенью точности.

Более того – ученые продемонстрировали перемещение ДНК в канале пошагово: нуклеотид за нуклеотидом. Только в таком режиме можно безошибочно «прочитать» молекулу.

Исследования ученых в области наноразмерного ДНК-секвенатора начались осенью 2005, и теперь можно сказать, что они увенчались успехом.

Теперь осталось объединить усилия других команд, которым удалось распознать отдельные нуклеотиды с помощью ДНК-транзисторов для того, чтобы получить наноразмерный ДНК-секвенатор.

Похоже, все идет к тому, что через десяток лет стоимость расшифровки генома будет стоить около 1000$, а это принесет дополнительные усовершенствования в генную медицину, только начинающую развиваться сегодня.

Свидиненко Юрий