Malgré un diamètre des dizaines de milliers de fois plus petit qu'un cheveu humain, les nanopores pourraient être la prochaine grande innovation dans le séquençage de l'ADN. En faisant passer des molécules d'ADN à travers ces minuscules trous, les scientifiques espèrent un jour lire les séquences génétiques en un clin d'œil.

Maintenant, des chercheurs de l'Université Brown ont poussé le potentiel de la technologie des nanopores encore plus loin. Ils ont combiné un nanopore avec une petite cage capable de piéger et de retenir un seul brin d'ADN après qu'il ait été tiré à travers le pore. En cage, des expériences biochimiques peuvent être réalisées sur le brin, qui peut ensuite être refermé à travers le nanopore pour voir comment le brin a changé.

"Nous voyons cela comme une technique habilitante très intéressante, " a déclaré Derek Stein, professeur agrégé de physique et d'ingénierie à Brown, qui a aidé à développer la technologie avec ses étudiants diplômés. "Cela vous permet pour la première fois de regarder la même molécule avant et après tout type de réaction chimique qui a pu avoir lieu."

Un article décrivant l'appareil est publié dans Communication Nature .

L'appareil ressemble un peu à une minuscule rondelle de hockey évidée. Sur un côté plat se trouve un nanopore, et de l'autre côté se trouve un trou un peu plus grand. Lorsqu'il est immergé dans une solution contenant de l'ADN, un courant électrique à travers le nanopore saisit un seul brin et le tire dans la chambre creuse. Une fois là, le brin a une tendance naturelle à s'enrouler en une boule emmêlée. Cette balle est trop grosse pour sortir du trou de l'autre côté, mais ce trou peut être utilisé pour introduire des molécules supplémentaires qui pourraient réagir avec l'ADN piégé. Une fois qu'une réaction s'est produite, le courant électrique est inversé et le brin est renvoyé par le pore, qui peut rechercher des changements dans le brin.

"Ce que nous avons fait est essentiellement un très petit tube à essai, " dit Xu Liu, qui a dirigé le travail alors qu'il était étudiant diplômé à Brown. "Nous pouvons faire de la biochimie sur le simple brin dans cet espace très confiné."

La clé de la technologie, Liu a dit, faisait ce tube à essai petit, mais pas trop petit. S'il était trop petit, l'ADN n'aurait pas assez de place pour se recroqueviller, ce qui le ferait gicler par le trou en haut de l'appareil. En utilisant quelques calculs théoriques et un peu d'essais et d'erreurs, les chercheurs se sont installés sur une cage d'environ 1,5 micromètre carré.

Liu a ensuite testé la technologie en utilisant ce qu'on appelle une enzyme de restriction, qui coupe les molécules d'ADN à des séquences particulières. Après qu'une molécule d'ADN intacte a été tirée à travers le pore dans la cage, les chercheurs ont appliqué l'enzyme à travers le trou en haut de l'appareil. Si tout se passe comme prévu, l'enzyme aurait dû couper le brin en quatre morceaux. Quand ils ont ramené la molécule à travers les pores, ils ont détecté quatre signaux distincts, indiquant que l'expérience avait fonctionné comme prévu.

Les chercheurs disent que l'appareil pourrait être utilisé pour toutes sortes d'expériences avec l'ADN. Par exemple, les scientifiques utilisent des molécules appelées sondes d'hybridation pour rechercher des séquences spécifiques dans une molécule d'ADN. Les sondes se lient à des séquences cibles, créant un renflement dans le brin d'ADN qu'un nanopore pourrait facilement détecter.

"Il y avait toujours un problème de savoir à quoi ressemblait l'ADN avant que la sonde ne soit appliquée, " a déclaré Stein. " C'est un moyen de s'assurer que vous pouvez mesurer la même molécule avant que quoi que ce soit ne lui soit fait, et puis après. Ce n'était pas possible avant avec les nanopores car la molécule s'éloignerait. »