Компания Oxford Nanopore Technologies представила миниатюрный определитель последовательности оснований в молекуле ДНК стоимостью менее $900. Устройство MinION выглядит совсем как обычная флэшка, но при этом умеет автоматически расшифровывать геном, работая от USB-порта вашего ноутбука.
MinION содержит в себе все элементы, необходимые для сканирования и расшифровки генома: микропотоковые системы, уникальный сенсор и специализированную электронику. Разработчики утверждают, что устройство может секвенировать простые геномы вирусов и бактерий за доли секунды — на более сложные геномы вроде человеческого ему, конечно, понадобится гораздо больше времени.
Как говорят создатели устройства, прибор работает с двухцепочечной ДНК, что подтверждается практикой: к примеру, во время его представления на конференции «Новое в генетической биологии и технологиях» во Флориде MinION смог легко секвенировать ДНК простого вируса Phi X, содержащего 5000 пар генетических оснований.
По утверждению Ника Ломана (Nick Loman), биоинформатика из исследовательской группы Университета Бирмингема в Великобритании, автора блога «Патогены: гены или геномы», Phi X стал первым когда-либо секвенированным ДНК-геномом. По его словам, успех в работе MinION с Phi X говорит о том, что в дальнейшем станет реальностью секвенирование с его помощью более сложных геномов, в том числе человеческого.
Помимо MinION, Oxford Nanopore работает также над созданием более мощной многоразовой лабораторной системы секвенирования — GridION. Обе используют одну технологию расшифровки генома, над которой группа биохимиков из Британии и США работала около 20 лет. ДНК добавляется в раствор, содержащий ферменты, связывающие концы каждой из молекулярных нитей. Когда через раствор пропускают ток, молекула ДНК с прикрепившимися к ней ферментами устремляется к мембране с тысячами ячеек, каждая всего около 10 мкм в диаметре. Каждая ячейка — это специально модифицированная молекула альфа-гемолизина (AHL), которая имеет в своей структуре полую трубку шириной всего 10 нанометров. Когда ДНК попадает на мембрану, ферменты прикрепляются к альфа-гемолизину и начинают «распаковывать» ДНК, пропуская одну из цепочек нуклеотидов, образующих двойную спираль ДНК, через нанотрубку AHL. Измеряя ток, протекающий через каждую из нанотрубок, можно установить, какой из четырёх нуклеотидов проходит через неё в каждый момент времени.
У приборов такого типа есть несколько преимуществ перед традиционными. Во-первых, подготовка образцов для них не требует больших усилий, а значит, им не требуется предварительная амплификация ДНК-материала. Во-вторых, приборы могут секвенировать более чем 10000 ДНК-оснований одновременно, в то время как другим системам необходимо проводить предварительное разбиение материала на сотни оснований. За сутки один GridION способен выдать десятки гигабайт данных по последовательности оснований в изученных ДНК. По информации разработчиков, 20 таких машин в одной серверной стойке смогут декодировать весь геном одного человека всего за 15 минут.
Впрочем, Oxford Nanopore рискует столкнуться с достаточно серьёзной конкуренцией на рынке компактных ДНК-секвенсоров. Около года назад американская компания Life Technologies представила настольный персональный расшифровщик генома Personal Genome Machine, стоящий менее $100 тысяч. Принцип его работы отличается от технологии GridION, однако и в нём используется микрочип, сочетающий в себе электронику с химией. В январе 2012 года Life Technologies (дочерняя фирма Ion Torrent) показала свою новую модель дешифратора генома Ion Proton. Эта машина оценена уже в $150 тысяч, но зато чип-анализатор, скрывающийся внутри, в 1000 раз более мощный, чем прежний образец. Нужно сказать, что новый секвенсор ДНК — флэшка будет стоить заметно дешевле, менее $900.
В случае с расшифровщиком-флэшкой можно с уверенностью заявить, что технология декодирования ДНК находится на пороге того, чтобы прийти чуть ли не в каждый дом, подобно тому, как сейчас люди самостоятельно анализируют содержание сахара в крови.
