IBM разрабатывает технологию сверхбыстрой расшифровки ДНК
Корпорация IBM и европейский фармакологический концерн Roche работают над новой технологией быстрого секвенсирования ДНК человека на основе ранее созданного метода нанопор. В IBM недавно разработали так называемый ДНК-транзистор, при помощи которого возможна ускоренная расшифровка ДНК.
В новом исследовании задействуется экспертиза в области работы с геномом, полученная компанией Roche. Новый метод, совместно разрабатываемый компаниями, прилагает использование всего одной молекулы, которая будет заниматься декодированием ДНК. Пропускать ДНК планируется через поры наномасштаба, размещенные на кремниевом чипе. В IBM и Roche говорят, что преимущество их метода заключается в дешевизне и очень высокой скорости расшифровки.
"Объединив современные методы вычислительной биологии, биотехнологий и навыков в области нанотехнологий, мы существенно продвинулись в создании системы, способной быстро и точно секвенсировать ДНК и транслировать данные о геноме в приемлемом для медиков виде", - говорит Аджай Руйору, старший специалист по исследованиям в области вычислительной биологии в IBM Research.
IBM намерена создать технологию и соответствующее аппаратное обеспечение, способное поставить технологию расшифровки генетических данных на поток, существенно снизив стоимость этой операции. До 1000 долларов, говорят в компании, а время, необходимое на расшифровку до пары дней. Отметим, что, помимо IBM, похожими работами сейчас занимаются еще несколько компаний и институтов в мире. Пока ни один из проектов не доведен до конца.
В IBM говорят о разработках "наносеквенсера ДНК" или чипа, похожего на процессоры в компьютерах, идеально заточенного под одну задачу - работу с данным о человеческой ДНК. Сейчас данный проект находится на стадии исследования и проектирования "ДНК-транзисторов" - своего рода строительных блоков нового процессора для расшифровки ДНК.
Многие ученые называют расшифровку генома человека решением многих проблем, связанных со здоровьем. Так, если у врача окажутся полностью расшифрованные генные данные пациента, то при наличии некоторого программного обеспечения, времени и знаний, медик запросто может сказать к каким заболеваниям предрасположен пациент, какие скрытые недуги проявятся у него с возрастом, наконец насколько подвержен аллергии по отношению к тому или иному средству.
В корпорации говорят, что разработкой ДНК-процессора занимается группа ученых из четырех областей - нанопроизводства, микроэлектроники, физики и биологии. Всем им предстоит создать мастер-технику, при помощи которой молекула ДНК, толщина которой не превышает трех нанометров (в 50 000 раз тоньше человеческого волоса), будет размещаться в специальных "нанопорах" процессора и подвергаться анализу. Специалисты говорят, что новый процессор может стать квинтэссенцией таких областей знаний, как химия, биология и сверхточная микроэлектроника.
Исследователи намерены создать совершенно новые сенсоры, способные "читать" с реальной молекулы ДНК генетическую информацию, переводить ее в двоичные коды и анализировать. "Технологии, которые смогут открыть нам доступ к сверхбыстрому анализу ДНК, без сомнения станут революцией в биомедицинских исследованиях. После их создания мы сможем говорить о том, что медицина станет доподлинно персональной", - говорит Густаво Столовицки, сотрудник подразделения IBM Research.
По его словам, в IBM на первом этапе хотели бы оптимизировать процесс контроля за скоростью, с которой спирали ДНК перемещаются через нанодиафрагму на тончайшую мембрану для секвенсирования ДНК. До сих пор ученым всего мира так и не удалось создать технологии для полного контроля над молекулой ДНК. "Замедление скорости прохода ДНК через нанопоры имеет решающее значение для чтения информации с молекулы", - говорит Столовицки.
Сейчас в корпорации намерены применять для контроля скорости специальное металло-диэлектрическое наноустройство, которое разместится в крошечных порах ДНК-процессора. Тормозиться процесс прохода ДНК будет при помощи электрического поля, создаваемого в нанопоре. "В теории данная технология позволит продвигать и читать ДНК по уровням, осталось реализовать это на практике", - говорит он. После этого, говорит специалист, ДНК станет читаемой в реальном времени и тогда надо будет создать супермощный вычислительный процессор, способный проанализировать более миллиарда последовательностей ДНК.