211service.com
Terahertz-chip identificeert korte DNA-strengen
Een van de grotere praktische uitdagingen waarmee moleculair biologen zich momenteel bezighouden, is het vinden van betere manieren om korte DNA-strengen te identificeren. Deze nucleotidestrengen worden oligonucleotiden genoemd en zijn enorm nuttig in processen zoals genetische tests, forensisch onderzoek en DNA-amplificatie.
Maar het identificeren van de strengen is een wat moeizame aangelegenheid. Bijna elke detectiemethode is gebaseerd op fluorescerende kleurstoffen en markers die kunnen worden opgepikt door optische sensoren die een nuttige maar indirecte indicatie geven van de aanwezige moleculen.
Maar moleculair biologen zouden graag een beter systeem willen dat de eigenschappen van de betrokken moleculen meet en zo direct bewijs levert van de volgorde van nucleotiden. Verschillende onderzoeksteams werken inderdaad aan dergelijke systemen, sommige met aanzienlijk succes.
Tegenwoordig zeggen Andrey Chernev van de Academische Universiteit van Sint-Petersburg in Rusland en een paar vrienden dat ze een geheel nieuwe manier hebben uitgevonden om oligonucleotiden te identificeren met behulp van terahertz-straling. Onze resultaten demonstreren een nieuwe methode voor labelvrije, realtime karakterisering van oligonucleotiden, zeggen ze.
Een oligonucleotide is een kort enkelstrengs DNA- of RNA-molecuul dat gewoonlijk uit minder dan honderd basen bestaat. De volgorde van deze basen bepaalt het type oligonucleotide. Dus het ideale detectiemechanisme zou deze reeks onthullen.
Het idee van Chernev en co is gebaseerd op de manier waarop deze moleculen resoneren. Ze zeggen dat de volgorde van basen in een oligonucleotide de manier bepaalt waarop de streng resoneert bij frequenties in het terahertz-bereik. Hun idee is om een enkel oligonucleotide te vangen in een holte gevuld met terahertz-golven die dit resonantiegedrag stimuleren.
Ze beginnen met het produceren van een signaal dat zo dicht mogelijk bij de resonantiemodus ligt. Door de uitvoer van deze holte te meten, kunnen ze bepalen wanneer de invoerspectra precies overeenkomen met de resonantiemodi van het molecuul. Dat vertelt hen precies wat voor soort oligonucleotide ze hebben.
Dat is de theorie en ze hebben het getest met een apparaat dat ze een silicium nanosandwich noemen, een kwantumput van p-type silicium omgeven door barrières die zijn gedoteerd met boor. Dit produceert terahertz-straling in de put waar het oligonucleotide wordt afgezet in een concentratie die een enkel molecuul toelaat om binnen te komen.
Ze hebben het apparaat getest op twee oligonucleotiden, één die 50 basen lang was en de andere die 100 basen lang was en hun unieke resonanties kenmerkte. Daardoor kunnen ze bij kamertemperatuur relatief gemakkelijk onderscheid maken tussen de twee oligonucleotiden.
Maar dit is slechts een eerste stap. Wat vervolgens nodig is, is een volledige bibliotheek van de unieke handtekeningen die bij elk oligonucleotide horen. Dat zou moeten kunnen. Chernev en co willen beginnen met het analyseren van de resonanties van elk van de monomeer- en dimeermoleculen waaruit oligonucleotiden bestaan. De handtekeningen hiervan zouden een soort alfabet moeten vormen om de resonanties van complexere polymeren uit te werken.
Dat is een interessante benadering. Maar dit is een druk gebied waarin veel goede ideeën met elkaar wedijveren om de standaardtechniek te worden voor het snel en goedkoop identificeren van de moleculen van het leven. Chernev en co zullen hun best doen om te bewijzen dat hun methode beter is dan de andere die in opkomst zijn. Maar het heeft zeker potentie en dat geldt ook voor de toekomst.
Referentie: http://arxiv.org/abs/1407.6520 : DNA-detectie door THz-pompen