Графеновий чіп з ДНК-зондом навчили «шпигувати» за генетичними мутаціями

Біоінженери з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго розробили графеновий чіп, який здатний знаходити мутації в ланцюжку ДНК в масштабі одного нуклеотиду. Стаття, що описує винахід, опублікована в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.

За словами вчених, їх пристрій здатний розгледіти окремі нуклеотиди в ДНК і допомогти визначити, який з них замінений помилковим нуклеотидом. Такі мутації називаються однонуклеотидний поліморфізм (SNP). Більшість з них не надають будь-якого впливу на функції організму, проте деякі з них можуть привести до досить серйозних захворювань – на кшталт раку, нейродегенеративних розладів і аутоімунних синдромів.

Існуючі методи виявлення SNP не відрізняються швидкістю і дешевизною, а також вимагають наявності громіздкого обладнання. Однак вчені розробили прототип портативного пристрою, здатного швидко знайти мутацію. Він складається з ДНК-зонда, який представляє собою двуланцюжковий фрагмент нуклеїнової кислоти, що містить послідовність з певним SNP і прикріплений до польового транзистора.

Працює чіп таким чином. Зонд складається з двох ланцюгів ДНК, які слабо пов’язані один з одним. Це досягається за рахунок того, що в одному з ланцюжків – «слабкою» – нуклеотиди G замінені на нуклеотиди з ИНОЗИН. В результаті досліджуваний фрагмент ДНК витісняє «слабкий» ланцюг і приєднується до «сильного», яка прикріплена до графену. Однак це відбувається тільки в тому випадку, якщо приєднується ДНК містить SNP, відповідний SNP зонд. При цьому чіп генерує електричний сигнал.

Слід зауважити, що чіп перевіряє певні послідовності ДНК на наявність вже відомих мутацій, тобто він не здатний виявити зміни в ланцюзі, які не передбачені дослідниками. Для цих потреб як і раніше має застосовуватися більш складне обладнання.

«Нашим дослідженням – і це основний момент – ми показали, що можна втілити метод заміщення ланцюга ДНК на графенові транзистори». Це 1-ий приклад поєднання нанотехнології на основі ДНК з електричним сенсором високої роздільної здатності. «Розробка може використовуватися в зв’язці з бездротовими технологіями», – поінформував соватор роботи Майкл Хван. Це відкриття цілком може стати проривом у сучасній медицині.

За словами вчених, їх розробка наближає технології до того моменту, коли буде створений біосенсор, який можна імплантувати в організм для виявлення шкідливої мутації і передачі відповідної інформації на смартфон або ноутбук.