Il profilo genetico - o "genoma" - di un organismo è determinato registrando la sequenza completa delle coppie di basi acide che compongono il suo DNA. Nel 2003, il Progetto Genoma Umano ha fatto la storia determinando l'intero codice genetico umano - 3 miliardi di coppie di basi del DNA che hanno richiesto 13 anni per essere analizzate usando una tecnica che è cambiata molto poco dalla fine degli anni 70.
Questo progetto pionieristico ha utilizzato un approccio "shotgun", che prima isola un filamento di DNA e lo costringe a copiarsi milioni di volte in una reazione chimica. Questi filamenti sono poi "esplosi" in piccoli frammenti, perché le tecniche attuali possono analizzare solo sezioni molto brevi di DNA. Infine, un supercomputer abbina i modelli di base sovrapposti per mettere insieme il genoma completo.
Tuttavia, con la premessa di una medicina personalizzata, gli scienziati stanno lavorando per sviluppare nuove tecnologie che potrebbero sequenziare rapidamente il patrimonio genetico di un individuo. Oltre al genoma umano ci sono anche leggere variazioni nelle sequenze e nei processi del DNA che danno alle persone i loro fenotipi come "occhi blu" o "capelli biondi"
Un'idea promettente
Nel 2008, physicsworld.com ha riportato un'idea promettente che prevede il passaggio del DNA attraverso minuscoli fori in un foglio di grafene - un foglio estremamente forte di carbonio spesso solo un atomo. Una tensione viene applicata lungo la superficie del grafene mentre i filamenti di DNA vengono fatti passare lentamente attraverso la fessura, una base alla volta. L'idea è che ciascuna delle quattro basi - A, C, G e T - avrà un effetto unico sulla conduttanza del grafene attraverso la fessura.
Ora, Cees Dekker e i suoi colleghi del Kavli Institute of Nanoscience sono la prima squadra a dimostrare il movimento del DNA attraverso il grafene, anche se la loro tecnica non può ancora leggere il codice genetico
Essi creano una serie di pori che vanno da 5 a 25 nm di diametro, mettendo fiocchi di grafene su una membrana di nitruro di silicio e praticando dei fori nanometrici nel grafene utilizzando un fascio di elettroni. Applicando una tensione di 200 mV attraverso la membrana di grafene, si osserva una serie di picchi in una corrente elettrica che scala il gap. Questi, dicono i ricercatori, corrispondono a cadute di conduttanza quando i filamenti di DNA scivolano attraverso il divario attraverso un processo biochimico noto come traslocazione.
I ricercatori intendono sviluppare la loro ricerca identificando quali picchi corrispondono a particolari basi. Dekker ha detto a physicsworld.com che un'area della scienza che potrebbe beneficiare in particolare del sequenziamento ultraveloce è l'epigenetica - cioè lo studio dei cambiamenti nei fenotipi che non sono legati ai cambiamenti nelle sequenze di DNA sottostanti.
Henk Postma, un ricercatore della California State University, Northridge, che sta anche sviluppando il sequenziamento a nanopori, è entusiasta del risultato. "Hanno dimostrato che il DNA passa effettivamente attraverso piccoli fori nel grafene, e che lo fa con grande velocità. Entrambi questi sono importanti progressi verso l'uso del grafene per il sequenziamento del DNA", dice.
Questa ricerca è pubblicata in Nano Letters.
Tuttavia, con la premessa di una medicina personalizzata, gli scienziati stanno lavorando per sviluppare nuove tecnologie che potrebbero sequenziare rapidamente il patrimonio genetico di un individuo. Oltre al genoma umano ci sono anche leggere variazioni nelle sequenze e nei processi del DNA che danno alle persone i loro fenotipi come "occhi blu" o "capelli biondi"
Un'idea promettente
Nel 2008, physicsworld.com ha riportato un'idea promettente che prevede il passaggio del DNA attraverso minuscoli fori in un foglio di grafene - un foglio estremamente forte di carbonio spesso solo un atomo. Una tensione viene applicata lungo la superficie del grafene mentre i filamenti di DNA vengono fatti passare lentamente attraverso la fessura, una base alla volta. L'idea è che ciascuna delle quattro basi - A, C, G e T - avrà un effetto unico sulla conduttanza del grafene attraverso la fessura.
Ora, Cees Dekker e i suoi colleghi del Kavli Institute of Nanoscience sono la prima squadra a dimostrare il movimento del DNA attraverso il grafene, anche se la loro tecnica non può ancora leggere il codice genetico
Essi creano una serie di pori che vanno da 5 a 25 nm di diametro, mettendo fiocchi di grafene su una membrana di nitruro di silicio e praticando dei fori nanometrici nel grafene utilizzando un fascio di elettroni. Applicando una tensione di 200 mV attraverso la membrana di grafene, si osserva una serie di picchi in una corrente elettrica che scala il gap. Questi, dicono i ricercatori, corrispondono a cadute di conduttanza quando i filamenti di DNA scivolano attraverso il divario attraverso un processo biochimico noto come traslocazione.
I ricercatori intendono sviluppare la loro ricerca identificando quali picchi corrispondono a particolari basi. Dekker ha detto a physicsworld.com che un'area della scienza che potrebbe beneficiare in particolare del sequenziamento ultraveloce è l'epigenetica - cioè lo studio dei cambiamenti nei fenotipi che non sono legati ai cambiamenti nelle sequenze di DNA sottostanti.
Henk Postma, un ricercatore della California State University, Northridge, che sta anche sviluppando il sequenziamento a nanopori, è entusiasta del risultato. "Hanno dimostrato che il DNA passa effettivamente attraverso piccoli fori nel grafene, e che lo fa con grande velocità. Entrambi questi sono importanti progressi verso l'uso del grafene per il sequenziamento del DNA", dice.
Questa ricerca è pubblicata in Nano Letters.
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