Нанотехнологическая инновация может революционизировать детекцию генов в отдельной клетке

Ученые из Института Biodesign Университета штата Аризона создали первую в мире платформу для детекции генов, полностью состоящую из самоорганизующихся ДНК-наноконструкций. Результаты, опубликованные 11 января в журнале Science, могут иметь широкие последствия для технологии ДНК-чипов и революционизировать анализ экспрессии генов в отдельной клетке.

Исследователи использовали структурную ДНК-нанотехнологию для нацеливания на химические посредники генов — РНК. Ведущий исследователь Хао Ян и его междисциплинарная команда разработали способ программирования одноцепочечной геномной ДНК M13 в наноплитки, содержащие зонды для специфических мишеней экспрессии генов.

Ключевые особенности технологии:

  • Самоорганизующиеся ДНК-наномассивы (нуклеиновые зондовые плитки): Напоминают наноразмерные почтовые марки. В одном этапе система M13 может производить до 100 триллионов таких плиток с выходом, близким к 100%.
  • Мультиплексная детекция: Команда создала три разные ДНК-зондовые плитки для обнаружения трех разных генов РНК, каждая со своим штрих-кодом для идентификации. Их можно смешивать в одном растворе.
  • Механическое, беcметочное обнаружение: На поверхности каждой плитки находится одноцепочечный "висячий" зонд ДНК. При связывании с целевой РНК он становится жестким, что регистрируется кантилевером атомно-силового микроскопа (AFM) как увеличение высоты (яркая линия).
  • Высокая чувствительность: Технология способна обнаруживать минимальные количества РНК благодаря сильному сродству ДНК-РНК гибридизации. В принципе, возможна детекция единичной молекулы.

Преимущества перед традиционными ДНК-микрочипами:

  • Водорастворимые реагенты: Нано-массивы являются реагентами, а не твердотельными чипами.
  • Потенциал для работы с малыми объемами: Объем пробы потенциально можно уменьшить до объема единичной клетки.
  • Контроль на наноуровне: Возможность точного контроля расстояний между зондами с нанометровой точностью в процессе самоорганизации.

Ученые видят потенциал технологии для достижения конечной цели — детекции экспрессии генов РНК на уровне единичной клетки, хотя для этого еще предстоит преодолеть множество технических препятствий.