Des chercheurs ont conçu un capteur à l'échelle nanométrique pour lire électroniquement la séquence d'une seule molécule d'ADN, une technique qui est rapide et peu coûteuse et qui pourrait rendre le séquençage de l'ADN largement disponible.

La technique pourrait conduire à une médecine personnalisée abordable, des prédispositions potentiellement révélatrices à des affections telles que le cancer, diabète ou addiction.

« Il y a une voie claire vers une solution réalisable, plate-forme de séquençage facile à produire, " a déclaré Jens Gundlach, un professeur de physique de l'Université de Washington qui dirige l'équipe de recherche. "Nous avons augmenté un nanopore de protéine que nous avons développé à cet effet avec un moteur moléculaire qui déplace un brin d'ADN à travers le pore un nucléotide à la fois."

Les chercheurs ont précédemment signalé la création du nanopore en manipulant génétiquement un pore de protéine à partir d'une mycobactérie. Le nanopore, de Mycobacterium smegmatis porine A, a une ouverture de 1 milliardième de mètre, juste assez grand pour qu'un seul brin d'ADN passe à travers.

Pour le faire fonctionner en tant que lecteur, le nanopore a été placé dans une membrane entourée d'une solution de chlorure de potassium, avec une petite tension appliquée pour créer un courant ionique circulant à travers le nanopore. La signature électrique change en fonction du type de nucléotide traversant le nanopore. Chaque type de nucléotide d'ADN - cytosine, guanine, adénine et thymine – produisent une signature distinctive.

Les chercheurs ont attaché un moteur moléculaire, extrait d'une enzyme associée à la réplication d'un virus, pour tirer le brin d'ADN à travers le lecteur de nanopores. Le moteur a été utilisé pour la première fois dans un effort similaire par des chercheurs de l'Université de Californie, Santa Cruz, mais ils ont utilisé un pore différent qui ne pouvait pas distinguer les différents types de nucléotides.

Gundlach est l'auteur correspondant d'un article publié en ligne le 25 mars par Biotechnologie naturelle qui rapporte une démonstration réussie de la nouvelle technique en utilisant six brins d'ADN différents. Les résultats correspondaient à la séquence d'ADN déjà connue des brins, qui avait des régions lisibles de 42 à 53 nucléotides de long.

"Le moteur tire le brin à travers le pore à une vitesse gérable de dizaines de millisecondes par nucléotide, qui est suffisamment lent pour pouvoir lire le signal courant, " a déclaré Gundlach.

Gundlach a déclaré que la technique des nanopores peut également être utilisée pour identifier comment l'ADN est modifié chez un individu donné. De telles modifications, appelées modifications épigénétiques de l'ADN, se déroulent sous forme de réactions chimiques dans les cellules et sont des causes sous-jacentes de diverses conditions.

"Les modifications épigénétiques sont assez importantes pour des choses comme le cancer, ", a-t-il déclaré. Être capable de fournir un séquençage d'ADN capable d'identifier les changements épigénétiques "est l'un des charmes de la méthode de séquençage des nanopores".

Co-auteurs de la Biotechnologie naturelle papier sont Elizabeth Manrao, Ian Derrington, Andrew Laszlo, Kyle Langford, Matthew Hopper et Nathaniel Gillgren de l'UW, et Mikhail Pavlenok et Michael Niederweis de l'Université d'Alabama à Birmingham.

Le travail a été financé par le National Human Genome Research Institute dans le cadre d'un programme conçu pour trouver un moyen de réaliser un séquençage individuel de l'ADN pour moins de 1 $, 000. Lorsque ce programme a commencé, Gundlach a dit, le coût d'un tel séquençage s'élevait probablement à des centaines de milliers de dollars, mais "avec des techniques comme celle-ci, cela pourrait se résumer à un projet de génome de 10 ou 15 minutes. Ça avance vite."