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人類遺傳密碼的測序有望開創基因醫學的新時代

2019-05-23 14:03:58 健康食品133℃

  ?人類遺傳密碼的測序有望開創基因醫學的新時代

  2004年11月16日

  分子生物學家對人類遺傳密碼進行測序的能力有望開啟基因醫學的新時代,但這并不意味著科學可以準確地讀取個人遺傳密碼。

  包含代碼的DNA的測序仍然太慢,昂貴且不準確,以允許特定組織的那種測序,這對于理解個體患者的許多特定遺傳問題是必需的。

  亞利桑那州立大學生物設計研究所物理學教授兼單分子生物物理中心主任斯圖爾特·林賽探索了一種全新的DNA測序方法,可以極其迅速地實現真正基因醫學的長期夢想時代。 ,單個DNA分子的準確和低成本測序。然而,在將該想法視為可用技術之前,仍然需要克服許多重大技術障礙。

  為了克服這些技術挑戰,美國國立衛生研究院的國家人類基因組研究所(NHGRI)已向Lindsay頒發了一項價值550,000美元的三年期贈款,以進一步開發用于快速遺傳分析的納米技術項目。該獎項僅是今年NHGRI革命性基因組測序技術撥款項目中的七項之一,該研究所稱該項目旨在“開發突破性技術,使人類基因組能夠以1,000美元或更低的價格進行測序。”

  然而,作為一名科學家,林賽小心翼翼地沒有取得突破。

  “還有相當多的殘酷現實要處理,”他說。 “隨著我們在項目上更加努力,我們還沒有遇到任何基本問題,說這是不可能的 - 但我們遇到了許多仍然需要解決的挑戰。但這就是科學研究的內容。我們正在取得堅實的進展,每當出現新問題時,我們都找到了解決問題的方法。這筆補助金是繼續工作的絕佳機會。“

  Lindsay的新測序技術涉及使用原子力顯微鏡(AFM),它通常用于分析分子分辨率下材料的表面結構和敏感探針的超小尖端,以及稱為環糊精的天然環狀糖分子。 Lindsay認為,當與AFM探針尖端配對時,環分子可以有效地用作傳感器以“讀取”包含數百萬個堿基的人類基因組中的氨基酸編碼序列(DNA“堿基”)。

  “環糊精是大自然的小分子環,”林賽說。 “它們剛好足以讓DNA鏈穿過。方便的是,大自然母親也會在側面使用整齊的小反應組,因此你可以用它們進行化學反應。“

  相關故事第四基因的遺傳變異與西班牙裔兒童的ALL風險較高有關遺傳特征的發現對于延長腎臟移植物的保存至關重要大規模遺傳研究揭示了抑郁癥的起源通過環側的反應組,Lindsay的技術建議將環連接到敏感的AFM尖端,這將使錨定的DNA分子穿入環中并將其拉過,記錄由于不同DNA堿基與環的摩擦而產生的“凸起”的細微差別。因此,所得數據可以轉化為DNA分子的精確序列。

  

  為了使DNA穿過環糊精分子環,首先將環糊精分子組裝在長而直的分子周圍,如線上的珠子。然后將“線”分子連接到一端的表面,并通過化學鍵連接到另一端的DNA分子的末端。

   AFM尖端與“珠子”結合,并且通過其運動迅速拉動“線”,然后DNA分子通過環。

  如果Lindsay提出的測序方法可以使用,它將比現有的測序技術更快,更準確。

  “隨著技術的增加,你沒有理由不能在幾微秒內讀取堿基,在這種情況下,你可以將整個人類基因組的測序時間縮短到數小時,”他說。

  人類基因組的第一次測序于2002年完成,花了11年時間完成了兩個團隊,耗資10億美元。 Lindsay的方法可以在不到1000美元的基礎上進行相同的基因組測序。

  “另一個優點是這種方法可以用于單個分子,”Lindsay說。 “你可以從癌細胞中取出一片DNA并獲得其編碼序列,并將DNA從相鄰的正常細胞中取出,并詢問其序列是什么用于比較。

  “你可以在不改變DNA的情況下做到這一點。目前的測序技術非常慢,需要您將DNA復制并通過聚合酶鏈反應進行復制,這很容易出錯。可能與疾病有關的細微單基因差異很容易迷失。“

  盡管這個概念聽起來相對簡單,但是在單個分子的納米空間中工作是非常困難的,并且Lindsay和他的團隊仍然有許多技術障礙需要克服。

  盡管面臨挑戰,Lindsay仍然感到鼓舞的是,NHGRI已經選擇了他的資金提案,以及對生物科學未來至關重要的領域中的極少數其他競爭性想法。該獎項是該研究所宣布的19項撥款之一,也是亞利桑那州立大學在一輪NIH資助總額為3,800萬美元的研究人員中的一項。

  出處:http://www.asu.edu/

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