מדענים מבריטניה מפתחים טכנולוגיה שתוכל להביא לפענוח הגנום של אדם כלשהו בתוך דקות, ובעלות שהיא הרבה יותר פחותה מהעלות של שיטות מסחריות הקיימות היום
מדענים מבריטניה מפתחים טכנולוגיה שתוכל להביא לפענוח הגנום של אדם כלשהו בתוך דקות, ובעלות שהיא הרבה יותר פחותה מהעלות של שיטות מסחריות הקיימות היום.
החוקרים רשמו פטנט על טכנולוגיה קודמת המהווה אב-טיפוס, ואשר הם מאמינים כי תוכל להוביל לפיתוח של אמצעי מסחרי ומהיר ביותר להרצפת דנ"א בתוך עשור. המחקר תואר במאמר שפורסם בכתב-העת המדעי Nano Letters.
החוקרים טוענים כי מדענים יוכלו, בגמר הפיתוח, לבצע הרצפת דנ"א של הגנום כולו בהליך מעבדתי יחיד, בעוד שכיום הדבר אפשרי רק לאחר תהליך מורכב וממושך. הרצפה מהירה וזולה של הגנום המלא תאפשר לכל אדם לפענח את הסודות הצפונים בדנ"א שלהם, ולגלות את הרגישות הייחודית שלהם למחלות כגון אלצהיימר, סכרת וסרטן. אנשי רפואה משתמשים כבר היום בהרצפת גנום על-מנת להבין סוגיות בריאות בקרב אוכלוסיות נרחבות ולפתח טיפולים פרטניים לכל אדם ואדם באופן ייחודי.
ד"ר Joshua Edel, אחד מכותבי המאמר מהמחלקה לכימיה מאימפריאל קולג' בלונדון מסביר: "בהשוואה לטכנולוגיות קיימות, ההתקן שלנו יאפשר הרצפה זולה הרבה יותר: דולרים אחדים לעומת מיליון דולר להרצפת הגנום כולו שהתבצעה בשנת 2007. אומנם עדיין לא ניסינו לבצע הרצפה של גנום מלא, אולם הניסויים הראשוניים שלנו מרמזים כי באופן תיאורטי ניתן יהיה להשלים סריקה של 3165 מיליוני בסיסים של גנום האדם בתוך דקות, תוך קבלת תועלת גדולה עבור בדיקות רפואיות, או לשם קבלת פרופילי דנ"א עבור המשטרה וסוכנויות ביטחון אחרות. ההתקן אמור להיות מהיר ואמין הרבה יותר באופן משמעותי, וככזה שניתן יהיה בקלות להתאימו להתקן מסחרי שיוכל לקרוא 10 מיליוני בסיסים בכל שנייה, לעומת הקצב הנוכחי של 10 בסיסים בכל השנייה הקיים היום."
במחקרם החדש, המדענים הדגימו כי ניתן להעביר סליל דנ"א במהירות גבוהה דרך חריר ננומטרי זעיר (בקוטר של 50 ננומטרים) – או ננו-חריר – המצוי ע"ג פיסת צורן, באמצעות מטען חשמלי. כאשר הסליל יוצא מצידה האחורי של הפיסה, רצף צופן הדנ"א שלו (הבסיסים A, C, T ו- G) נקרא ע"י "צומת מנהרתי באלקטרודה" ('tunnelling electrode junction'). פער זה של 2 ננומטרים בין שני חוטים מייצר זרם חשמלי המגיב באופן ייחודי עם כל אחד מהאותות החשמליים הגלומים בכל בסיס ובסיס. בשלב הבא מחשב עוצמתי מסוגל לפענח את אותות בסיסי הצופן ולהרכיב מהם את הרצף המלא של הגנום.
הרצפה באמצעות ננו-חרירים נחשבת מזה זמן רב כהתפתחות הגדולה הבאה בטכנולוגיות דנ"א, וזאת בזכות יכולתם של החרירים לבצע הרצפה מהירה ביותר ובקיבולת גדולה. יחד עם זאת, הדגמת שיטה כזו לא פורסמה עד כה.
אחד מהשותפים למחקר מסביר את האתגרים שניצבו בפניהם: "העברת סליל הדנ"א דרך ננו-החריר דומה ליניקת ספגטי מוארך. עד היום היה קשה מאוד להכווין את הצומת של האלקטרודה ואת ננו-החריר לסידור מתאים. מעבר לכך, הכנת חוטי האלקטרודה במימדים אלו מתקרבת לקצה הגבול האטומי שלהם. למרות אתגרים אלו, בניסוי שלנו הצלחנו להכין שני חוטי פלטינה זעירים הממוקמים בצומת אלקטרודה בעל פער שהינו מספיק קטן בגודלו בכדי לאפשר לזרם החשמלי לעבור ביניהם."
לשיטה זו יהיו מספר יתרונות ברורים יחסית לשיטות נוכחיות, מסביר אחד מהחוקרים: "הרצפה באמצעות ננו-חרירים תהיה הליך מהיר ופשוט, וזאת בניגוד לשיטות מסחריות קיימות המחייבות התרחשותן של תגובות כימיות הרסניות וממושכות על-מנת לפרק ולשכפל בדיוק קטעים קטנים של מולקולת הדנ"א בכדי לפענח את הרצף. בנוסף, פיסות צורן אלו הרבה יותר יציבות מאשר חלק מהחומרים העדינים המשמשים היום בשיטות הקיימות. ניתן להשתמש, לשטוף ולמחזר אותן פעמים רבות מבלי לפגום בפעילות שלהן."
השלב הבא יהיה להבדיל בין דגימות דנ"א שונות, ובסופו של דבר, בין בסיסים שונים בתוככי סליל הדנ"א.