Znajdź zawartość

Naukowcy odtworzyli oleistą powłokę nanotuneli czułków samca jedwabnika. Wykorzystali ją w syntetycznych nanoporach, czyli otworach wytworzonych w krzemowych chipach, które stosuje się do badania pojedynczych cząsteczek. Osiągnięcie to pozwoli taniej sekwencjonować DNA lub analizować budowę białek, np. wywołujących chorobę Alzheimera. Pracami zespołu, którego artykuł ukazał się właśnie na łamach Nature Nanotechnology, kierował prof. Michael Mayer z Univeristy of Michigan. Inżynierowie podkreślają, że oleista powłoka umożliwia wyłapywanie i transportowanie żądanych cząsteczek przez nanopory (wcześniej łatwo się one zatykały). Co więcej, smar pozwala dostosowywać rozmiary otworów z niemal atomową precyzją. Zyskujemy ulepszone narzędzie do charakteryzowania biocząsteczek. Pozwala ono gromadzić informacje na temat ich rozmiarów, ładunku, kształtu, stężenia i prędkości, z jaką się organizują. To może nam pomóc w zdiagnozowaniu i ustaleniu, co idzie nie tak w chorobach neurodegeneracyjnych, w tym parkinsonizmie, alzheimeryzmie i pląsawicy Huntingtona. Dwuwarstwa lipidowa Amerykanów przypomina wyściółkę czułków samców jedwabników. Dzięki niej wyłapują one cząsteczki feromonów samic i transportują je przez nanotunele w szkielecie zewnętrznym aż do neuronów, które wysyłają sygnał do mózgu. Te feromony są lipofilowe. [...] Ulegają więc przechwyceniu i skoncentrowaniu na powierzchni warstwy lipidowej jedwabnika. Na zasadzie poślizgu feromony są przemieszczane do miejsca, gdzie powinny się znaleźć. Nasza nowa powłoka służy do tego samego celu. Mayerowi szczególnie zależy na badaniu beta-amyloidu. Tworzy on blaszki, które doprowadzają do obumierania neuronów w przebiegu choroby Alzheimera. Naukowiec zamierza przyjrzeć się ich kształtom, rozmiarom i sposobom formowania. Istniejące techniki nie pozwalają dobrze monitorować tego procesu. Podczas eksperymentów naukowcy umieszczają chip z nanoporami pomiędzy dwiema komorami z roztworem soli. Wkrapiają interesujące ich cząsteczki do jednej z nich i przez otwór przepuszczają prąd. Gdy każde białko lub cząsteczka przez niego przejdą, zmienia się rezystancja (oporność). Zakres zaobserwowanych zmian daje pogląd na kształt, wielkość i ładunek elektryczny analizowanych cząstek.

Naukowcy z Uniwersytetu Bostońskiego opracowali metodę sekwencjonowania DNA pozwalającą na uniknięcie amplifikacji, czyli namnażania materiału pobranego do badania. To ogromny krok naprzód, ponieważ można w ten sposób pominąć niezwykle kosztowny i czasochłonny etap procedury. Wynalazek zespołu dr. Meniego Wanunu opiera się na wykorzystaniu szerokich na zaledwie 4 nm nanoporów wydrążnych w warstwie azotku krzemu (SiN). Otwory te są na tyle małe, że może przez nie przejść tylko jedna cząsteczka DNA, zaś ocena sekwencji informacji genetycznej odbywa się na podstawie pomiaru zmian pola elektrycznego podczas przechodzenia molekuły przez otwór. Największym problemem, jakim musieli się zmierzyć badacze z Bostonu, było nakierowanie cząsteczek wprost do porów. Efekt taki udało się osiągnąć dzięki wytworzeniu gradientu stężeń soli: im bliżej poru, tym bardziej stężony stawał się roztwór, co powodowało wzrost jego przewodności elektrycznej. Ponieważ cząsteczki DNA także posiadają ładunek elektryczny, pod wpływem prądu kierowały się one wprost do otworów. Podczas przenikania nici DNA przez płytkę na obwodzie porów wykonywane były pomiary przewodności elektrycznej. Ponieważ każda z zasad azotowych kodujących informację genetyczną posiada unikalne właściwości elektryczne, ich pomiar pozwalał na bezpośrednie określenie sekwencji badanej cząsteczki. Dotychczasowe próby urządzenia obejmowały ocenę sekwencji cząsteczek DNA o długości 800 par zasad (pz) oraz 8000 pz. To niewiele, biorąc pod uwagę np. rozmiar ludzkiego genomu, wynoszący 3 miliardy pz, lecz nie można zapominać, iż jest to dopiero prototyp aparatu. Możliwość pominięcia etapu amplifikacji DNA jest za to kolosalnym krokiem naprzód, który pozwoli na znaczne przyśpieszenie całego badania oraz obniżenie jego kosztów.