تشخیص سریع بیماریها با ساخت توالی سنج ارزان و دقیق DNA

پژوهشگران توالی‌سنج DNA مبتنی بر نانو حفره‌ ساختند که بسیار ارزان و دقیق‌تر از نسخه‌های موجود است. با این توالی سنج‌ها پزشکان قادر خواهند بود تغییرات در توالی DNA که نشانگر بیماری است را به سرعت تشخیص دهند.

ساخت توالی‌سنج ارزان و دقیق DNA توالی سنج DNA

در حال حاضر فناوری تعیین توالی سنتز (SBS) بر بازار تعیین توالی ژن تسلط دارد. این فرآیند شامل تقسیم یک مولکول DNA به قطعات بسیاری از قالب‌های تک رشته است که درون میلیون‌ها چاه کوچک در یک بستر در داخل یک ماشین قرار می‌گیرند و آنها را از طریق میلیون‌ها چرخه شستشو می‌دهند. حتی اگر قیمت این فناوری در دهه گذشته کاهش یافته باشد، این فرآیند هنوز هم پیچیده و پرهزینه است.

بسیاری از کارشناسان معتقدند کلید ارزان‌تر شدن فرآیند تعیین توالی DNA، انجام روند SBS در توالی سنج DNA مبتنی بر نانوحفره است. در این روش رشته‌های DNA از طریق منافذی در مقیاس نانومتر به داخل یک غشا کشیده شده و تغییرات میدان الکتریکی چهار اسید نوکلئیک (A، C، G، T) اندازه‌گیری می‌شود. در حالی که تعدادی از شرکت‌ها، تجارتی حول این فناوری راه‌اندازی کرده‌اند، هنوز هم به اندازه کافی پر هزینه است تا انقلاب در مراقبت‌های پزشکی که با عنوان پزشکی شخصی شده شناخته می‌شود را به تأخیر بیاندازد.

پژوهشگران در مؤسسه مهندسی بیولوژیکی ویس در دانشگاه هاروارد ادعا می‌کنند روشی توسعه داده‌اند که موجب می‌شود توالی سنج DNA نانوحفره SBS سریع، دقیق و مهمتر از همه، ارزان‌تر از آنچه در حال حاضر در بازار وجود دارد، شود. رمز موفقیت آنها مهندسی بیولوژیک ساختار نانوحفره است. اگر پژوهشگران بتوانند این فناوری را بیشتر توسعه دهند، پزشکان قادر خواهند بود تا تغییرات در توالی DNA که نشانگر بیماری است را به سرعت تشخیص دهند.

یک مانع بزرگ در توالی سنج‌های نانوحفره SBS این است که رشته‌های DNA هنگام نزدیک شدن به حفره‌ها ترکیب می‌شوند. پژوهشگران دانشگاه هاروارد این مشکل را با توسعه یک رویکرد کاملاً جدید حل کردند. این رویکرد شامل یک روش مبتنی بر پروتئین برای مهندسی نانوحفره‌ها است.

Benjamin Stranges، یک محقق در مؤسسه ویس و یکی از دو نویسنده این مطالعه در یک مصاحبه مطبوعاتی گفت: «ما در حال حاضر یک ماشین توالی سنج جدید ساخته‌ایم و نتایج قوی و قابل اعتمادی به دست آوردیم. این ماشین را می‌توان با قالب‌های DNA مختلف بارگذاری کرد و همچنین می‌توان تعداد زیادی را در یک تراشه متشکل از صدها نانوحفره نشانی‌پذیر توسط الکترودها قرار داد».

در پژوهش شرح داده شده در مجموعه مقالات مجله آکادمی ملی علوم، دانشمندان ماشین تعیین توالی با هفت پروتئین ساخته‌اند که در آن نانوحفره‌های پیچیده‌ای وجود دارد. این نانو حفره‌ها مانع عبور رشته ترکیب شده می‌شوند.

در نتیجه دستگاه می‌تواند توالی چند DNA را به صورت الکترونیکی در همان تراشه به طور همزمان تجزیه و تحلیل کند. این موجب یک تغییر بزرگ در روش مرسوم تعیین توالی که بسیار پر هزینه است، می‌شود.

Mirkó Palla نویسنده دوم مطالعه و پژوهشگر مؤسسه ویس می‌گوید: «ما قادر به شناسایی نوکلئوتید صحیح در ۷۹٪ تا ۹۹٪ از مواقع هستیم و تنها حوادث پس زمینه است که کمتر از ۱٫۲٪ موارد مشکل ایجاد می‌کند. این سیستم مزیتی قابل توجه نسبت به سیستم‌های قبلی نانوحفره SBS ارائه می‌دهد.»

در پژوهش‌های منتشر شده دیگر اطلاع داده‌اند که یک توالی سنج DNA با غشاء مولیبدن دی‌سولفید ساخته شده که می‌تواند نوکلئوتیدهای مختلف را بر اساس حرکت تشخیص دهد نه بر اساس یک سیگنال الکتریکی تنها. جالب خواهد بود که کدام از این فناوری‌ها وعده توالی سنج DNA ارزان‌ را محقق می‌کند.

 

منبع:  spectrum.ieee.org

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *