ДНК-сито: нанопоры как миниатюрные аналитические лаборатории

Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST), Университета Пернамбуку (Бразилия) и Университета Райта (Огайо) доказали возможность создания сверхкомпактных анализаторов биомолекул, таких как ДНК и токсины, размером с микрочип.

В работе, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, впервые продемонстрировано, что одна нанометровая пора в тонкой мембране может точно детектировать и сортировать полимерные цепи разного размера (модель биомолекул), проходящие через канал.

Принцип работы

Технология, названная "масс-спектрометрией одиночных молекул", использует:

• Липидный бислой — мембрану, похожую на стенки живых клеток.
• Наноразмерную пору (диаметром 1.5–12 нм), созданную в мембране с помощью белка альфа-гемолизина из бактерии Staphyloccoccus aureus.
• Электрический ток, который проталкивает целевые молекулы по одной через пору.

В эксперименте использовались цепи полиэтиленгликоля (PEG) разной длины. При прохождении молекулы через пору сила тока уменьшается пропорционально размеру цепи, что позволяет измерить её массу.

Результаты

• "Отпечаток" высокоочищенного PEG определённого размера, полученный с помощью нанопоры, точно совпал с отпечатком образцов того же размера в смеси цепей.
• Обработка данных позволила получить массовые измерения и идентификацию разных цепей PEG, коррелирующие с результатами традиционной масс-спектрометрии.

Перспективы

Благодаря наномасштабу всех компонентов (мембрана, пора, ток) эта технология может быть интегрирована в "лабораторию-на-чипе" и секвенаторы одноцепочечной ДНК.