Персональный геном за полчаса
Американские учёные продемонстрировали возможность наблюдения в реальном времени за отдельными белками-полимеразами по мере того, как они достраивают одноцепочечную ДНК до двухцепочечной. Новый метод должен позволить значительно удешевить и ускорить процедуру секвенирования персонального генома.
В 2000 году после 10 лет работы была завершена первая стадия проекта «Геном человека». Стоимость проекта составила при этом около $3 000 000. С тех пор развитие методов секвенирования позволило значительно удешевить процедуру: так, этой весной сообщалось о секвенировании генома за $60 000, а несколько компаний уже заявили о готовности выпустить на рынок оборудование, снижающее стоимость полного секвенирования до $5000. Теперь калифорнийская компания представляет оборудование, дающее возможность полностью секвенировать геном человека за полчаса при затратах всего около 1000$.
До сих пор секвенирование (определение последовательности нуклеотидов в ДНК) было возможно только для коротких участков ДНК длиной в несколько оснований, что требовало "нарезания" ДНК на короткие фрагменты, определение последовательности нуклеотидов в каждом из них, и затем - объединение данных для полного воссоздания генома. Этот процесс должен повториться много раз с наложением витков друг на друга, что необходимо для получения точной картины, почему он и требует так много времени.
Более многообещающий подход состоит в наблюдении процесса воссоздания двухцепочечной ДНК из одной цепочки в реальном времени. Проблема заключается в сложности наблюдения данного процесса из-за слишком малых размеров молекул. Однако ученые из Pacific BioSciences (Menlo Park, California) разработали метод, с помощью которого можно решить эту проблему (Science, DOI: 10.1126/science.1162986).
Синтез ДНК осуществляется ферментами, называемыми ДНК-полимеразами. Полимераза присоединяется к однонитевой ДНК и шаг за шагом достраивает к ней вторую цепочку из нуклеотидов, комплементарных нуклеотидам имеющейся. Суть нового метода заключается в присоединении флуоресцентных меток разных цветов к каждому из четырех видов нуклеотидов и наблюдение вспышек по мере того, как из меченых нуклеотидов достраивается вторая цепочка ДНК. Последовательность цветных вспышек при этом и показывает последовательность присоединения нуклеотидов.
Метод основывается на двух важных достижениях.
Во-первых, ученые разработали безмодовый волновод (zero-mode waveguide), представляющий собой полый металлический цилиндр диаметром 20 нм, в котором находятся одноцепочечная ДНК и белок-полимераза.
Внутри него можно прямо наблюдать вспышки флуоресценции от индивидуальных актов полимеризации, так как малый размер волновода значительно ослабляет фоновое освещение, перекрывающее наблюдаемые вспышки в противном случае.
Вторая составляющая - это новый метод присоединения флуоресцентных меток к нуклеотидам в процессе синтеза ДНК из нуклеотидтрифосфатов. Вместо того, чтобы присоединять их к той части, которая включается в ДНК, как делают в настоящее время, метки присоединяются к части нуклеотида, которая в процессе реакции уходит в окружающую среду (фосфатный "хвост"). Это позволяет избежать присоединения огромного количества флуоресцентных меток при синтезе ДНК.
К настоящему времени созданы чипы, содержащие 3000 волноводов, и компания надеется к 2010 году выпустить их на рынок. К 2013 году планируется поместить на один чип до миллиона волноводов и одновременно наблюдать за синтезом ДНК в каждом из них. Основатель компании Стефан Тёрнер предполагает, что такой чип сможет полностью секвенировать геном человека за полчаса с точностью 99.999 процентов, а полная стоимость процедуры будет составлять $1000.
Анна Чвырёва, EternalMind.ru, по материалам New Scientist: Molecular fireworks could produce '30 minute genomes'
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru
05.12.2008