Хотя секвенирование ДНК становится всё более распространённой процедурой, извлечение даже одной молекулы ДНК из биологического образца — непростая задача.
Разработка сотрудников Калифорнийского университета в Риверсайде даёт возможность сравнительно легко обнаруживать и захватывать ДНК из образцов жидкости (это может быть, в частности, кровь) с помощью крошечной стеклянной трубки и электрического тока. Метод описан в опубликованной статье журнала Nanoscale.
ДНК — двухцепочечная, электрически заряженная молекула, хранящая всю информацию, необходимую организму для жизни. Её обычное «рабочее место» — внутри ядра клетки, там она находится в свёрнутом состоянии. Извлечение ДНК именно из клетки для многих научных и медицинских задач нецелесообразно, так как занимает много времени.
Но организм обновляется — и это значит, что часть клеток отмирает, их мембраны разрушаются и высвобождают содержимое, которое включает ДНК. На практике это означает, что всякий образец крови, например, включает в себя несколько нитей свободно плавающей ДНК, которые теоретически можно обнаружить и извлечь.
На практике большая часть внеклеточной ДНК разрушается клетками-мусорщиками, макрофагами, которые очищают организм от отходов. В результате ДНК в крови не слишком много.
Большинство методов захвата и изучения внеклеточной ДНК дорогостоящи. Сначала получают концентрат, затем — для визуализации ДНК — используют флуоресцентные красители.
Кевин Фридман (Kevin Freedman) возглавил научную группу, цель работы которой было улучшение метода обнаружения и анализа ДНК, известного как нанопоровое секвенирование.
Суть подхода — использование электрического заряда для направления образца ДНК непосредственно в стеклянную трубку с небольшим отверстием, нанопорой; то есть речь в данном случае идёт о так называемой твердотельной нанопоре, изготовленной из боросиликатного стекла. Это «нанопипетка» с отверстием 20 нм (чуть шире, чем толщина спирали ДНК), внутри которой расположен положительный электрод.
ДНК имеет отрицательный электрический заряд, так как у неё много полярных молекул (молекул с неравномерно распределённым зарядом).
ДНК движется в сторону электрода и проходит через нанопору, в момент прохождения ток изменяется, это можно измерить и так определить ДНК. Исследователи обнаружили, что количество захваченных фрагментов ДНК зависит от того, насколько глубоко нанопипетка погружена в жидкость. Наиболее эффективно она работает вблизи поверхности — именно там скапливается больше всего фрагментов. Также показано, что концентрация ДНК происходит в охлаждаемом слое жидкости. Исследователи считают, что эффект обусловлен именно температурой — на границе воздуха и жидкости происходит испарение и наблюдается заметный температурный градиент.