Реактивы и оборудование
для лабораторий

# 42 Уникальная технология нанопорового секвенирования Oxford Nanopore Technologies

Что такое нанопоры?

Нанопора представляет собой отверстие в нано-масштабе. В устройствах Oxford Nanopore через нанопоры пропускается ионный ток и прибор измеряет изменения тока, когда молекулы проходят через нанопору. Информацию об изменении тока можно использовать для идентификации биомолекул.

Такие отверстия могут быть образованы белками, пронизывающими мембраны (биологические нанопоры) или отверстиями в твердых материалах (так называемые, твердотельные нанопоры).

Биологические нанопоры

В технологиях первого поколения Oxford Nanopore используются индивидуальные порообразующие белки, создающие поры в мембранах. Различные порообразующие белки являются очень похожими по своей природе. Например, белок α-гемолизин и подобные ему порообразующие белки обнаруживаются в природе в клеточных мембранах, где они функционируют в качестве каналов для переноса ионов и молекул как в клетку, так и в окружающую ее среду.

α-гемолизин представляет собой гептамерную белковую пору с внутренним диаметром 1 нм. Это примерно в 100 000 раз тоньше человеческого волоса. Этот диаметр имеет тот же размер, что и многие одиночные молекулы, включая ДНК. Такая пора очень стабильна и была подробно изучена компанией Oxford Nanopore и ее коллабораторами. Компания оптимизировала крупномасштабное производство не только данных белков, но и многих других специальных порообразующих белков, каждый из которых имеет различные характеристики, подходящие для различных применений. Oxford Nanopore постоянно исследует нанопоры с новыми свойствами, которые помогут улучшить производительность устройств.

Адаптация белковых нанопор для идентификации одиночных молекул

С использованием методов белковой инженерии белковые нанопоры могут быть изменены с точностью на уровне ангстрема. Специфичные модификации могут быть подобраны таким образом, чтобы нанопора являлась сенсором для анализа ряда интересующих молекул. Такие модификации могут давать белковым структурам новые способности:
  • Изменение архитектуры внутренней структуры нанопоры, влияющей на прохождение аналита через поры.
  • Включение ДНК-зонда для обнаружения организмов с помощью соответствующего кода ДНК.
  • Прикрепление «молекулярного мотора» - например, процессивного фермента - для анализа полимеров, таких как ДНК.
  • Прикрепления лигандов / аптамеров к нанопоре для связывания с белками-мишенями за пределами поры.

Подробнее о разработках новых нанопор читайте на сайте: https://nanoporetech.com/how-it-works/types-of-nanopores


Как работают нанопоры при секвенировании ДНК или РНК?

Белковая нанопора размещена в полимерной мембране. Ионный ток пропускается через нанопору, устанавливая напряжение на этой мембране. Если анализируемая молекула проходит через поры, то такое событие создает характерное нарушение тока. Измерение этого тока позволяет идентифицировать отдельную молекулу.

Вот наглядный пример того, как проходит секвенирование ДНК:
sequencing-animated_0.gif
Нить ДНК пропускается через нанопору. Ток изменяется, поскольку основания G, A, T или C проходят через поры в разной последовательности.

С видеодемонстрацией механики процесса вы также можете ознакомиться, перейдя по ссылке: https://vimeo.com/127689865


Продукция Oxford Nanopore

Компания Oxford Nanopore разработала собственные методы быстрого проектирования и производства нанопор с использованием модифицированных штаммов бактерий. Oxford Nanopore постоянно разрабатывает и выпускает новые нанопоры и адаптирует их с целью повышения производительности.

Компания Oxford Nanopore также разработала запатентованные устройства на основе нанопор, которые позволяют проводить одновременный анализ множества молекул, собирая и анализируя полученные данные в режиме реального времени.

Читайте о портативном MinION, настольном секвенаторе GridION или высокопроизводительной системе PromethION.

к списку обзоров