Terahertz-chip identifierar korta DNA-strängar

En av de mer betydande praktiska utmaningarna som molekylärbiologer för närvarande upptar är att hitta bättre sätt att identifiera korta DNA-strängar. Dessa strängar av nukleotider kallas oligonukleotider och är oerhört användbara i processer som genetisk testning, kriminalteknik och DNA-amplifiering.

Men att identifiera strängarna är en något ansträngd sak. Nästan varje detektionsmetod är beroende av fluorescerande färgämnen och markörer som kan plockas upp av optiska sensorer som ger en användbar men indirekt indikation på vilka molekyler som finns.

Men molekylärbiologer skulle vilja ha ett bättre system som mäter egenskaperna hos de inblandade molekylerna och så ger direkta bevis för nukleotidernas sekvens. Faktum är att olika forskargrupper arbetar med sådana system, några med betydande framgång.

Idag säger Andrey Chernev vid St Petersburg Academic University i Ryssland och några kompisar att de har uppfunnit ett helt nytt sätt att identifiera oligonukleotider med hjälp av terahertzstrålning. Våra resultat visar en ny metod för etikettfri, realtidsoligonukleotidkarakterisering, säger de.

En oligonukleotid är en kort enkelsträngad DNA- eller RNA-molekyl som vanligtvis består av färre än ett hundratal baser. Sekvensen av dessa baser bestämmer typen av oligonukleotid. Så den ideala detektionsmekanismen skulle avslöja denna sekvens.

Chernev och cos idé är baserad på hur dessa molekyler resonerar. De säger att sekvensen av baser i en oligonukleotid bestämmer hur strängen resonerar vid frekvenser i terahertzområdet. Deras idé är att fånga en enda oligonukleotid i en hålighet fylld med terahertzvågor som stimulerar detta resonansbeteende.

De börjar med att producera en signal så nära resonansläget som möjligt. Genom att mäta utsignalen från denna kavitet kan de bestämma när ingångsspektra exakt matchar molekylens resonanslägen. Det talar om för dem exakt vilken sorts oligonukleotid de har.

Det är teorin och de har testat den med en enhet som de kallar en silicon nanosandwich, en kvantbrunn av p-typ kisel omgiven av barriärer dopade med bor. Detta producerar terahertzstrålning inuti brunnen där oligonukleotiden deponeras i en koncentration som tillåter en enda molekyl att komma in.

De har testat enheten på två oligonukleotider, en som var 50 baser lång och den andra som var 100 baser lång och karakteriserade deras unika resonanser. Det gör att de kan skilja mellan de två oligonukleotiderna med relativ lätthet vid rumstemperatur.

Men detta är bara ett första steg. Vad som behövs härnäst är ett helt bibliotek av de unika signaturerna som är associerade med varje oligonukleotid. Det borde vara möjligt. Chernev och co siktar på att börja med att analysera resonanserna för var och en av monomer- och dimermolekylerna som utgör oligonukleotider. Signaturerna från dessa bör ge ett slags alfabet för att räkna ut resonanserna för mer komplexa polymerer.

Det är ett intressant tillvägagångssätt. Men det här är ett trångt område där många bra idéer tävlar om att bli standardtekniken för att snabbt och billigt identifiera livets molekyler. Chernev och co kommer att få ner sitt arbete för att bevisa att deras metod är bättre än de andra som håller på att växa fram. Men det har verkligen potential och det är också en att titta på för framtiden.

Ref: http://arxiv.org/abs/1407.6520 : DNA-detektion genom THz-pumpning

Dölj