“W jaki sposób opracować poręczny, przenośny detektor DNA?” - odpowiedzi na to pytanie udzielił Samuel Afuwape - badacz z National University w San Diego (USA) - na łamach “International Journal of Nanotechnology“, pokazując jednocześnie możliwości zastosowania analiz matematycznych do rozwiązania czysto biologicznego problemu.
Przenośny wykrywacz DNA (minisekwenator) mógłby znacznie ułatwić pracę specjalistom od ochrony środowiska sprawdzającym zanieczyszczenia, lekarzom wykrywającym zmiany genetyczne świadczące o chorobach. Takie detektory przydałyby się również kryminologom analizującym bioślady na miejscu przestępstw, a nawet specjalistom z zakresu bezpieczeństwa narodowego w szybkiej detekcji uwolnionych bprzez bioterrrystów patogenów.
Pierwsze generacje biosensorów wykorzystywały znaczniki fluorescencyjne łączące się z DNA. Metody te wiązały się ze znacznymi kosztami, a jednocześnie wymagały długiej pracy w laboratorium. Następna generacja detektorów DNA wykorzystywała cząsteczki pośrednie i enzymy znakowane fluorescencyjnie, co znacznie przyspieszyło proces identyfikacji DNA i jednocześnie wprowadziło ścisłą specyficzność względem poszukiwanej sekwencji. Nadal jednak nie udało się opracować żadnego przenośnego urządzenia, a cała praca musi być wykonywana w laboratorium.
Trendy pokazują jednak, że przyszłością są małe, poręczne detektory, bez zbędnych odczynników i przede wszystkim nie opierające się na molekularnych znacznikach. Zdaniem Afuwape, takie biosensory staną się już wkrótce rzeczywistością, gdy tylko uda się wyjaśnić procesy molekularne zachodzące w przestrzeni pomiędzy próbka a detektorem. Pomóc mają tutaj obliczenia matematyczne.
Afuwape sugeruje, iż biosensory DNA należałoby zintegrować z jonoselektywnym tranzystorem efektu polowego (ISFET - ang. ion-selective field-effect transistor). Taki czujnik byłby pokryty tysiącami różnych sekwencji DNA, które mogłyby hybrydyzować (tak jak teraz w laboratorium) z komplementarnymi sekwencjami obecnymi w badanej próbce. Klucz do sukcesu kryje się w systemie ISFET, który mierzy zmiany w konduktywności (przewodności elektrycznej). W ten sposób reakcja chemiczna (hybrydyzacja DNA) generowałaby sygnał elektroniczny wychwytywany przez jonoselektywny tranzystor. Dla danej sekwencji DNA na bioczujniku właściwy byłby odpowiedni sygnał elektryczny. W ten sposób wiadomo by było, które sekwencje DNA są obecne w badanej próbce. Matematyczna praca Afuwape analizuje różne układy chemiczne, ktorych sygnały można by zawrzeć w detektorze DNA. Jak podkreśla Afuwape, “takie przenośne czujniki DNA znajdą szerokie zastosowanie w medycynie, rolnictwie, ochronie środowiska i detekcji broni biologicznej“.
hlbiotech
źródło: ScienceDaily.com
———————————
Oryginalna publikacja: Samuel Abiodun Afuwape, “Analytical simulation of interfacial DNA hybridisation for design of an optimal nanotechnology handheld biosensor”, International Journal of Nanotechnology 2008 - Vol. 5, No.4/5 pp. 534 - 565, http://dx.doi.org/10.1504/IJNT.2008.017451
