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纳米笼允许在DNA链之前和之后测序

发布时间:2018-05-16    点击量:31

em布朗大学的研究人员设计了一种纳米级笼子,可以捕获单个DNA链,并允许对同一条DNA链进行前后测序。 / em

罗德岛普罗维登斯(布朗大学) - 尽管直径比人发小几十万倍,但纳米孔可能成为DNA测序的下一个重点。通过将DNA分子压缩穿过这些小孔,科学家们希望有朝一日能在眨眼之间读出基因序列。

现在,布朗大学的研究人员已经将纳米孔技术的潜力发展了一步。他们将一个纳米孔与一个微小的笼子结合在一起,这个小笼子可以在通过孔隙后捕获并保持一条DNA链。笼子里,生物化学实验可以在链上进行,然后可以通过纳米孔拉回,以观察链如何变化。

“我们认为这是一项非常有趣的技术,”Brown的物理和工程副教授Derek Stein说,他帮助研究生开发了这项技术。 “它可以让你第一次在发生任何类型的化学反应之前和之后看到同一个分子。”

描述该设备的论文发表在Nature Communications。

该设备看起来有点像一个微型空心曲棍球冰球。在一个平面上是纳米孔,而在另一侧是较大的孔。当浸入含有DNA的溶液时,穿过纳米孔的电流捕获单股并将其拉入中空室中。一旦到达那里,绳子就会自然而然地卷曲成一团缠绕的球。该球太大而不能放在另一侧的孔中,但该孔可用于引入可能与被捕获的DNA反应的其他分子。一旦发生反应,电流就会逆转,并通过毛孔将毛发送回,毛细管可以寻找毛细线的变化。

“我们所做的基本上是一个非常小的试管,”在担任布朗研究生期间领导这项工作的许刘说。 “我们可以在非常狭窄的空间内对单链进行生物化学。”

刘说,这项技术的关键在于使该试管变小,但不能太小。如果它太小,DNA将没有足够的空间卷曲,这将导致它喷出设备顶部的孔。研究人员使用一些理论计算和一些试验和错误来确定一个大约1.5平方微米的笼子。

然后,刘利用所谓的限制性内切酶对该技术进行了测试,该酶限制了特定序列的DNA分子。在将完整的DNA分子穿过孔进入笼中后,研究人员将酶通过装置顶部的孔应用。如果一切按计划进行,酶应该将链切成四块。当他们通过毛孔将分子拉回来时,他们检测到四种不同的信号,表明该实验按预期工作。

研究人员说,该设备可用于各种DNA的实验。例如,科学家使用称为杂交探针的分子来寻找DNA分子中的特定序列。探针与靶序列结合,在纳米孔容易检测到的DNA链中产生凸起。

Stein说:“在应用探针之前总是知道DNA的外观。” “这是确保您可以在对它做任何事情之前测量同一分子的一种方法,然后再进行测量。这对于纳米孔来说是不可能的,因为分子会漂走。“

刘,最近获得他的博士学位。在布朗,现在正在纳米孔创业公司工作,他计划继续开发这项技术。

该研究得到了美国国家科学基金会(CBET0846505)和牛津纳米科技术公司的支持。

发表:Xu Liu等人,“Entropic cage for trapping DNA near a nanopore,”Nature Communications 6,Article number:6222; DOI:10.1038 / ncomms7222

资料来源:布朗大学凯文斯泰西

图片:斯坦因实验室/布朗大学

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