30/12/2009
Agência FAPESP – Um método para sequenciar genomas mais rapidamente e com menor custo está sendo desenvolvido por cientistas dos Estados Unidos e de Israel. A pesquisa foi descrita na revista Nature Nanotechnology.
A novidade reduz a quantidade de DNA necessária para o sequenciamento e elimina a fase de amplificação de DNA, que é cara, demorada e sujeita a erros, apontam os autores do estudo.
Cientistas desenvolvem método para sequenciar genomas sem necessidade de amplificação de DNA, mais rápido e gastando menos (Foto: Divulgação)
A técnica apresentada pelo grupo, liderado por Amit Meller, professor do Departamento de Engenharia Biomédica da Universidade de Boston, consiste em detectar moléculas de DNA à medida que elas passam por nanoporos de silício.
Campos elétricos são usados para “alimentar” longas fitas de DNA por meio de poros com 4 nanômetros de largura, de forma análoga a passar um fio por uma agulha de costura. Medidas de correntes elétricas são usadas para detectar cada molécula de DNA à medida que ela passa pelos nanoporos.
“A fase atual da pesquisa indica que podemos detectar quantidades muito menores de amostras de DNA do que se estimava. Quando começarem a implementar o sequenciamento de genomas ou a obtenção de perfis genômicos com o uso de nanoporos, nossa abordagem poderá ser empregada de modo a reduzir grandemente o número de cópias usadas para as medidas”, disse Meller.
Atualmente, o sequenciamento de genomas usa a amplificação de DNA para fazer bilhões de cópias moleculares de modo a produzir uma amostra grande o suficiente para ser analisada. Além do tempo e do custo desse processo, algumas das moléculas – como fotocópias de fotocópias – não saem perfeitas.
O sistema de Meller e colegas usa campos elétricos em torno das entradas dos nanoporos de modo a atrair fitas extensas de DNA, com carga elétrica negativa, e passá-las pelos orifícios para que possam ser detectadas. Como o DNA é atraído para os nanoporos a distância, poucas cópias da molécula são necessárias para que a análise possa ser feita.
“As tecnologias atuais de amplificação de DNA limitam o tamanho da molécula a ser utilizada a menos de mil pares de base. Como nosso método não usa a amplificação, ele não apenas reduz o custo, o tempo e a taxa de erros como também permite que a análise seja feita em fitas extensas de DNA, muito maiores do que as usadas atualmente”, afirmou Meller.
O artigo Electrostatic Focusing of Unlabelled DNA into Nanoscale Pores Using a Salt Gradient de Amit Meller e outros, pode ser lido por assinantes da Nature Nanotechnology.
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Nature Nanotechnology
Published online: 20 December 2009 | doi:10.1038/nnano.2009.379
Electrostatic focusing of unlabelled DNA into nanoscale pores using a salt gradient
Meni Wanunu1, Will Morrison1, Yitzhak Rabin2, Alexander Y. Grosberg3 & Amit Meller1
Abstract
Solid-state nanopores are sensors capable of analysing individual unlabelled DNA molecules in solution. Although the critical information obtained from nanopores (for example, DNA sequence) comes from the signal collected during DNA translocation, the throughput of the method is determined by the rate at which molecules arrive and thread into the pores. Here, we study the process of DNA capture into nanofabricated SiN pores of molecular dimensions. For fixed analyte concentrations we find an increase in capture rate as the DNA length increases from 800 to 8,000 base pairs, a length-independent capture rate for longer molecules, and increasing capture rates when ionic gradients are established across the pore. Furthermore, we show that application of a 20-fold salt gradient allows the detection of picomolar DNA concentrations at high throughput. The salt gradients enhance the electric field, focusing more molecules into the pore, thereby advancing the possibility of analysing unamplified DNA samples using nanopores.
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Department of Biomedical Engineering and Department of Physics, Boston University, Boston, Massachusetts 02215, USA
Department of Physics, Institute of Nanotechnology and Advanced Materials, Bar-Ilan University, Ramat-Gan 52900, Israel
Department of Physics, New York University, New York, New York 10003, USA
Correspondence to: Amit Meller1 e-mail: ameller@bu.edu
