Эпигенетика с точностью до молекулы

Наножидкостное устройство допускает помолекульную сортировку метилированной ДНК

Роман Иванов, Компьюлента

Нанотехнологи из Корнеллского университета (США) разработали новый инструмент для изучения эпигенетических изменений в молекулах ДНК, которые ответственны за возникновение онкологических и иных заболеваний. Изобретение представляет собой наноразмерное жидкостное устройство, сортирующее и собирающее по молекуле ДНК за один такт работы.

Эпигенетика изучает химические изменения в структуре молекул ДНК, которые не затрагивают генетического кода, но могут влиять на экспрессию генов (к примеру, затормаживать в результате произошедшего когда-то метилирования) и способны к наследованию при дальнейшем клеточном делении. Одним из наиболее важных и часто наблюдаемых эпигенетических изменений является метилирование молекул ДНК, когда метильные группы присоединяются к цитозину в составе ДНК (у человека метилировано около 1% геномной ДНК). Для более детального изучения этого процесса и его последствий биологи проводят химическое осаждение метилированных молекул. К сожалению, этот метод требует очень много исходного материала и часто приводит к повреждению и потере тех самых метилированных молекул, которые предполагалось отыскать.

Напротив, наножидкостные устройства способны проводить выборку индивидуальных молекул из чрезвычайно малого количества исходного материала, взятого для анализа. Одно из таких устройств, разработанное в лаборатории Гарольда Крейхёда (Harold Craighead), описано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (Cipriany et al., Real-time analysis and selection of methylated DNA by fluorescence-activated single molecule sorting in a nanofluidic channel).

Немного подробностей. Процесс начинается с биохимической реакции, при которой к метилированной молекуле ДНК селективно присоединяется флуоресцентный маркер. Затем образец проталкивается вдоль наножидкостного канала диаметром в 250 нм, достаточно узкого для того, чтобы пропустить за раз только одну молекулу ДНК. Лазерный луч всё время подсвечивает канал, вызывая люминесценцию маркера. Когда светящаяся молекула проходит мимо детектора, срабатывает триггер электрического поля, и электрический импульс отклоняет молекулу, толкая её к одной стороне прямо перед Y-образным разветвлением. В итоге метилированные молекулы идут к одному месту сбора, а все остальные — к другому.

Молекулы ДНК, помеченные флуоресцентным маркером, сортируются электрическим импульсом,
толкающим их в направлении одного из двух ответвлений (схемы из статьи в PNAS)

По словам разработчиков, устройство функционирует настолько быстро, что способно сортировать более 500 молекул в минуту.

Флуоресцентная сортировка — явление известное. По сути, исследователи из Корнеллского университета не изобрели ничего принципиально нового, зато смогли провести миниатюризацию и сделать возможным проведение сепарации по индивидуальным молекулам.

Отсортированные метилированные молекулы могут быть подвергнуты дальнейшему изучению с использованием традиционных микрожидкостных устройств для проведения секвенирования.

Подготовлено по материалам Корнеллского университета:
Nanofluidics sorts DNA one molecule at a time to study cancer-causing changes.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
28.05.2012