Биосенсор на чипе выявляет однонуклеотидные замены

Подготовила Елена Клещенко

Международная группа под руководством ученых из Калифорнийского университета Сан-Диего разработала чип размером меньше ногтя, который обнаруживает однонуклеотидные полиморфизмы (SNP) в пикомолярных концентрациях и по беспроводной связи отправляет результаты в режиме реального времени на смартфон, компьютер или другое электронное устройство. Помимо сотрудников Института медицинской инженерии в Калифорнийском университете (Сан-Диего) в работе участвовали представители Академии наук КНР, Университет Пенсильвании, Института биофизической химии общества Макса Планка в Германии и Сельскохозяйственного университета Внутренней Монголии (Китай).

Обнаружение SNP имеет большую практическую значимость, так, некоторые из них ассоциированы с повышенным риском развития рака, диабета, сердечно-сосудистых заболеваний, нейродегенеративных расстройств, аутоиммунных и воспалительных заболеваний.

Устройство состоит из графенового полевого транзистора и двунитевой ДНК, согнутой под углом и прикрепленной к поверхности графена. Одна половина этого ДНК-пинцета содержит участок с конкретным SNP. Когда с ним связывается ДНК, содержащая этот SNP, она связывается с данным участком, ДНК-пинцет открывается шире, изменение электрического тока регистрируется транзистором.

В основе технологии лежит замещение нитей ДНК — обмен одной из двух нитей двойной спирали на другую, а данном случае нити «пинцета» на нить ДНК образца. Это возможно благодаря особому дизайну ДНК-пинцета. Нить, прикрепленная к графеновому листу — «нормальная» — содержит последовательность комплементарную участку с искомым SNP. В другой нити, «слабой», есть нуклеотидные замены, поэтому она связана с первой нитью не очень прочно и легко может быть вытеснена анализируемой ДНК.

Авторы отталкивались от своей же предыдущей разработки, в которой использовали похожий принцип, но нить ДНК была закреплена на графеновой подложке одним концом. Новый чип по крайней мере в 1000 раз более чувствителен и снабжен беспроводной связью. Чувствительность повышена за счет Г-образной формы ДНК на чипе: при связывании нити, содержащей SNP, «пинцет» раскрывается, так что ветви ДНК становятся почти параллельными подложке. Это приближает электрический заряд к поверхности графена, обеспечивая более сильный сигнал.

Исследователи планируют создать матрицу чипов для обнаружения сотен тысяч SNP в одном тесте. Предполагается также тестирование чипа на крови и других биологических жидкостях, взятых у животных или людей.

 Источники

Michael T. Hwang et al. // DNA Nanotweezers and Graphene Transistor Enable Label‐Free Genotyping // First published: 09 July 2018 DOI: 10.1002/adma.201802440

Пресс-релиз: Biosensor chip detects single nucleotide polymorphism wirelessly and with higher sensitivity