מיקוד אור לייזר על ננו-חורים זעירים ישפר משמעותית את הדיוק בריצוף DNA
חוקרי הטכניון הצליחו לפתח שיטה חלוצית המבוססת על ננו-חורים (חורים בגודל 5-2 ננו-מטר) במצב מוצק בשבבי סיליקון, לצורך פיתוח טכנולוגיה חדישה לריצוף מולקולות DNA בשעה שהן עוברות דרכם. כך מפרסם כתב העת המדעי היוקרתי Nature Nanotechnology.
“ריצוף DNA זול ומהיר מאוד יחולל מהפיכה בשירותי הבריאות ובמחקר הביו-רפואי, ויקדם פריצות דרך בפיתוח תרופות, ברפואה מונעת וברפואה אישית”, אומר פרופסור עמית מלר מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית. “באמצעות גישה לרצף השלם של
הגנום של האדם יוכל הרופא לקבוע את הסבירות שהוא יפתח מחלה גנטית ספציפית או שיגיב באופן חיובי לתרופות מסוימות”.
למטרה זו השקיע פרופסור מלר חלק ניכר מזמנו בעשור האחרון בפיתוח השיטה החלוצית. כעת גילה פרופסור מלר, יחד עם צוות חוקרים מהטכניון ומאוניברסיטת בוסטון, דרך פשוטה לשפר את הרגישות, הדיוק והמהירות של שיטה זו, ובכך להפוך אותה לאופציה ישימה ומועילה אף יותר בריצוף DNA או באיפיון של חלבונים קטנים כגון יוביקיוטין במצבם הרגיל, המקופל.
במהדורה המקוונת של Nature Nanotechnology הראה הצוות כי מיקוד לייזר ירוק (מקור אור זמין מסחרית, המצריך הספק נמוך) על ננו-חור מגביר את הזרם בקרבת דפנות החור, השרוי בתמיסה אלקטרוליטית (מי מלח). כאשר הזרם גובר, הוא סוחף עמו את האלקטרוליט בכיוון ההפוך לזה שבו נכנסות דגימות ה-DNA. המים הזורמים הופכים למחסום המאט את מעבר ה-DNA בחור (ראה איור). כתוצאה מכך, הננו-חישנים משפרים את הרזולוציה שלהם בקריאת ה-DNA כאשר זה חוצה את החור ומזהים חלבונים קטנים שאי אפשר לזהות בדרכים המקובלות.
פרופסור מלר אומר: “התופעה שאנחנו מתארים במאמר – מטען פני שטח הנוצר על ידי האור – מאפשרת להדליק ולכבות באופן מידי את ה’בלמים’ הפועלים על ביו-פולימרים בודדים, כגון DNA או חלבונים העוברים דרך הננו-חורים. דבר זה משפר באופן דרמטי את הרזולוציה של ננו-חורים במצב מוצק, חורים שאפשר לשלב בקלות בריצוף DNA עתידי המבוסס על ננו-חורים, ובטכנולוגיות לזיהוי חלבונים. האטת ה-DNA חיונית לריצוף DNA ו-RNA באמצעות ננו-חורים, ולכן הננו-חישנים עשויים למסור לנו מידע מדויק על מה שעובר דרכם”.
“המטרה היא להחזיק את זוגות-הבסיס (של הנוקלאוטידים) בחלל החישה של הננו-חורים כדי שימסרו את המידע האמור (כלומר יקבעו אם זה A, C, G או T),” אומרת אחת ממחברי המאמר, אליסון סקווירס – סטודנטית מאוניברסיטת בוסטון, שעבדה גם בטכניון וייצרה ננו-חורים במחקר זה. “כדי להצליח במשימה, האות צריך להיות שונה במידה מספקת לכל בסיס. אם הדגימה עוברת דרך האזור החש מהר מדי, קשה לחישנים לפרש את האות ולזהות נכון את החלבון.”
פרופסור מלר וצוותו אפיינו את שיעור הגידול בזרם בנוכחות תאורת לייזר משתנה וחורים בגדלים שונים. המטרה הבאה שלהם היא לחקור באופן מפורט יותר את המנגנון שבבסיס הגידול בזרימה המשטחית כשהלייזר הירוק מכוון לננו-חור. חקירה זו צפויה להוביל לשיפור נוסף ברגישות ובדיוק בריצוף DNA .
