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Nanopori per identificare le molecole

Il sequenziamento del DNA è diventato molto meno costoso, e i genomi di migliaia di patogeni sono ora disponibili. Ma è ora disponibile una soluzione più economica della lunga e costosa procedura attuale per individuare le varianti genomiche potenzialmente letali.

Salute

Il progetto GENOTYPING NANOPORES (Genotyping using solid-state nanopores and pepetide nucleic acid markers – a new tool for single-molecule molecular diagnostics) ha sviluppato un metodo rivoluzionario a basso costo per la genotipizzazione a singola molecola basato sul rilevamento degli acidi peptidonucleici (peptide nucleic acids, PNA). L’analisi dei nanopori prevede l’impiego di un voltaggio per guidare le molecole attraverso un poro in nanoscala in una membrana tra due elettrodi. Quando le singole molecole attraversano il nanoporo, possono essere misurate modifiche nella corrente. Gli scienziati di GENOTYPING NANOPORES hanno precedentemente dimostrato che i PNA sono rilevabili utilizzando minuscoli nanopori allo stato solido. Hanno ora migliorato la produzione dei nanopori, il segnale su rumore delle misurazioni e le strategie biomolecolari per un’efficace invasione dei PNA nel nanoporo. Per un rilevamento ad alta specificità, gli scienziati hanno utilizzato sonde yPNA per elevata affinità con il DNA. I risultati mostrano che il segnale della corrente ionica corrispondente al passaggio di una molecola di DNA a doppia elica su cui erano legate tre molecole di yPNA mostra tre caratteristiche distinte. Ciò permette una semplice identificazione e quantificazione delle molecole di DNA nel corso del loro spostamento attraverso il poro. I ricercatori hanno calibrato la distanza tra qualsiasi due molecole di PNA nelle coppie di basi. Hanno poi identificato e classificato in tempo reale i geni nei due sottotipi di HIV che hanno oltre il 92 % di similarità. Il metodo di classificazione per mezzo dei nanopori ha dato una discriminazione e quantificazione rapida e altamente accurata delle due varianti di HIV. Estendendo l’approccio nella fase finale del progetto, i ricercatori hanno creato un metodo più generale di codice a barre del DNA. Utilizzando “fari molecolari” luminosi per colorare sonde sequenza-specifiche, il fluoroforo del faro successivo emette fotoni durante l’estrazione, i quali sono raccolti da un microsopio sensibile. Questa procedura, che è compatibile con il DNA a filamento singolo (ssDNA) e le molecole ssRNA, è stata pubblicata sulla prestigiosa rivista Nano Letters, 15, 745-752, 2015. L’impatto sulla società potrebbe essere enorme e aprire moltissime possibilità per le applicazioni reali nel campo biomedico. Oltre che per la scoperta precoce del cancro nel DNA tumorale circolante, questi metodi possono essere usati per l’identificazione rapida dei patogeni resistenti agli antimicrobici e per ottimizzare la somministrazione degli antibiotici. L’ulteriore sviluppo della tecnologia porterà alla realizzazione di un dispositivo portatile ed economico per un’ampia gamma di diagnostiche genomiche.

Parole chiave

Nanopori, sequenziamento del DNA, acidi peptidonucleici, codice a barre del DNA, fari molecolari

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