Учёные продемонстрировали непрерывный и контролируемый транспорт ДНК через нанопору

Исследование, опубликованное на этой неделе в JACS (Journal of the American Chemical Society), демонстрирует непрерывный и контролируемый транспорт одноцепочечной ДНК (ssDNA) через белковую нанопору с помощью фермента ДНК-полимеразы. Работа учёных из Калифорнийского университета в Санта-Крузе (UCSC) закладывает основу для молекулярного мотора — ключевого компонента технологии "Strand Sequencing" с использованием нанопор. Исследователи UCSC сотрудничают с британской компанией Oxford Nanopore Technologies, разрабатывающей технологию секвенирования ДНК нанопорами.

Новая работа развивает предыдущие исследования, показавшие возможность перемещения ДНК через нанопору с помощью полимеразы. В предыдущей работе движение ДНК обеспечивалось серией полимераз и требовало сложной электроники для контроля. Улучшения, описанные в статье JACS, включают техники, позволяющие осуществлять непрерывное движение ssDNA, обеспечивая непрерывный сигнал по мере прохождения цепи через нанопору в реальном времени. Конструкция "фермент-нанопора" была активна и измерима в постоянном электрическом поле без сложной электроники.

Контролируемое инициирование работы полимеразы в месте комплекса "нанопора-фермент" позволило последовательно измерить множество молекул ssDNA с использованием одной экспериментальной установки. Кроме того, полимераза продемонстрировала прочное связывание с полимером ДНК, в отличие от ранее исследованных ферментов в аналогичных условиях. Эти результаты показывают, что свойства ДНК-полимеразы phi29 соответствуют требованиям технологии "Strand Sequencing".

В методе "Strand Sequencing" ионный ток через белковую нанопору измеряется, а его нарушения используются для идентификации оснований на полимере ssDNA по мере его прохождения через пору. Две ключевые задачи для этого метода: создание нанопоры, позволяющей идентифицировать отдельные основания, когда ssDNA проходит через пору, и механизм контроля скорости транспорта ssDNA для возможности электронной идентификации оснований. Техники транспорта, описанные в статье, совместимы с технологией идентификации оснований, разрабатываемой в лабораториях Oxford Nanopore Technologies и её партнёров.

"Эта работа с полимеразой phi29 позволила нам добиться важного прогресса в ключевом элементе секвенирования ДНК методом "Strand Sequencing", — сказал исследователь профессор Марк Акесон из Калифорнийского университета в Санта-Крузе. — Если предыдущая работа показала, что контроль транспорта возможен в теории, то эта работа демонстрирует, что он достижим в условиях, совместимых с электронной технологией секвенирования".

"Метод "Strand Sequencing" с использованием нанопоры изучался много лет, но эта статья впервые показывает, что ДНК может транспортироваться ферментом методами, совместимыми с высокопроизводительной электронной технологией", — отметил д-р Гордон Сэнгера, CEO Oxford Nanopore.