Компактный прибор, внешне напоминающий карточку флеш-памяти, грозит настоящей революцией в медицине, ведь это — миниатюрный секвенатор, способный быстро выявить присутствие в пробе не слишком сложных геномов, например, вирусных или бактериальных.

Устройство, представленное британской компанией Oxford Nanopore Technologies, называется MinION — и судя по всему, оно может стать действительно революционным в целом ряде областей. С его помощью онколог сможет достоверно и быстро проверить образец ткани на наличие генетических маркеров рака, инфекционист — обнаружить наличие патогенных микробов, а археолог — прямо на месте идентифицировать видовую принадлежность крохотного фрагмента кости.

По крайней мере, в ходе публичной презентации MinION, состоявшейся недавно на конференции AGBT во Флориде, разработчики наглядно продемонстрировали его возможности, успешно секвенировав геном бактериофага ΦX174, состоящий из приблизительно 5 тыс. нуклеотидных пар. Само действо было во многом символично, ведь в конце 1970-х именно этот вирус стал первым организмом, ДНК которого было от начала до конца секвенирована — т. е., была установлена полная последовательность его нуклеотидов. Тем самым авторы не только показали возможности своей разработки, но и подчеркнули, что она открывает весьма широкие ворота для будущего: ведь если некогда вообще все началось с этого простого генома, а сегодня продолжается полным секвенированием генома высших организмов, включая человека, то и MinION обещает перспективы не меньшие.

Пока же для более крупных геномов разработчики Oxford Nanopore предлагают не столь портативное устройство GridION, работающее, однако, на тех же — довольно необычных — принципах. В инструментах этих ДНК помещается в раствор, содержащий белки, связывающиеся к концам обеих ее нитей. Затем к раствору подводится слабый ток, и заряженные белки увлекают связанные нити ДНК к одному из электродов, сквозь специальную мембрану, содержащую множество пор диаметром около 10 мкм.

Поры эти изнутри содержат модифицированный белок альфа-гемолизин (AHL), бактериальный токсин, структура которого напоминает полую воронку с минимальным диаметром всего 10 нм. Взаимодействуя с AHL, исходные белки начинают разворачивать двойную спираль ДНК, и одна из ее нитей, как нитка сквозь игольное ушко, проходит сквозь внутреннюю полость в AHL. Нить движется строго постепенно, один нуклеотидный остаток за другим, причем нуклеотидные остатки разных видов слегка по‑разному влияют на ток, проходящий сквозь конкретную мембрану в конкретный момент времени. Это и позволяет определить их последовательность в нити ДНК.

Этот подход намного проще принятых сегодня повсеместно процедур секвенирования. Он не требует предварительной амплификации ДНК — т. е., «размножения» ее молекул до большого числа копий, процесса, требующего больших временных затрат. Не требуется и разрывать цепочку для проведения анализа на мелкие фрагменты — он позволяет секвенировать ДНК длиной до 10 тыс. нуклеотидных остатков, что минимум на порядок больше, чем у существующих методов. Можно сказать, генетическая последовательность просто считывается, как символы на старинной телеграфной ленте.

Стоит сказать, что разработчикам из Oxford Nanopore Technologies не удастся обойтись без мощных конкурентов. На той же конференции AGBT известный ученый и бизнесмен Джонатан Ротберг (Jonathan Rothberg) объявил о том, что его собственная компания Ion Torrent уже в ближайшее время представит секвенатор невероятной мощности. По уверениям Ротберга, устройство Ion Proton сможет идентифицировать всю последовательность генома человека за 2 часа работы и не более тысячи долларов! Вспомним, что на эту работу в рамках проекта «Геном человека» еще несколько назад было потрачено более десяти лет.

Впрочем, в Oxford Nanopore Technologies не унывают: их GridION тоже способен на подобное, а MinION и создается не для этого. Он предназначен для получения быстрых результатов в «полевых» условиях, для идентификации патогенов или выявления опасных мутаций. При этом каждый MinION обойдется покупателям не более чем в 900 долларов. Ждем революций!

По пресс-релизу Oxford Nanopore Technologies