Tak na tuhle odpověď si budeme muset počkat ještě pět let. Zástupci americké společnosti Pacific Biosciences sídlící v kalifornském Menlo Parku jsou přesvědčeni, že v roce 2013 uvedou na trh zařízení, které přečte kompletní lidskou dědičnou informaci tvořenou třemi miliardami písmen genetického kódu řádově v desítkách minut.
„Na kompletní přečtení lidského genomu nám bude stačit méně než hodina,“ tvrdí zakladatel firmy Pacific Biosciences a její hlavní technolog Steven Turner.
Důkaz o tom, že zcela nový princip čtení DNA skutečně funguje a má před sebou nadějnou perspektivu, podali vědci z Pacific Biosciences v publikaci zveřejněné prestižním vědeckým týdeníkem Science. Systém je založen na vlastnostech enzymu DNA polymerázy, kterou buňky používají pro syntézu dvojité šroubovice DNA z jednotlivých stavebních kamenů - písmen genetického kódu. Vědcům z Pacific Biosciences se podařilo umístit jednotlivé molekuly DNA polymerázy na dno mikroskopických důlků a ke každé molekule zavést jednoduché vlákno čtené DNA. Enzym popadne konec vlákna a z dodaných písmen genetického kódu k němu okamžitě dotváří druhé vlákno dvojité šroubovice. Pořadí použitých písmen genetického kódu je určeno pořadím písmen ve vláknu DNA, které má enzym k dispozici. Každý ze čtyř typů písmen genetického kódu sloužících ke kompletaci dvojité šroubovice vybavili vědci zvláštní světélkující značkou. Digitální kamera umístěna pod průhledným dnem mikroskopického důlku průběžně snímá záblesky, které provázejí napojení každého dalšího písmena dědičného kódu do vznikající dvojité šroubovice DNA. Z toho lze určit pořadí písmen genetického kódu ve čtené předloze. DNA polymeráza je schopna během jediné sekundy přiřadit k jednoduchému vláknu DNA až několik desítek písmen genetického kódu. Tím je také určena rychlost čtení novou technologií firmy Pacific Biosciences označovanou jako SMRT. Zkratka vznikla z anglického „single molecule, real time“ a vystihuje fakt, že technologie čte jedinou molekulu v reálném čase.
Současné „čtečky“ DNA dosahují rychlosti až 30 000 písmen genetického kódu za sekundu. Mají ale jedno velké omezení. Dokážou číst jen poměrně krátké kousky DNA složené nejvýše ze stovek písmen genetického kódu. To výrazně komplikuje skládání přečtených kousků DNA do pořadí, v jakém se nacházejí v dlouhých úsecích čtené dědičné informace. Technologie SMRT by měla číst vlákna tvořená několika tisíci písmen genetického kódu.
Článek v Science však odhaluje, že SMRT má zatím k těmto parametrům daleko a ještě neodrostla dětským nemocem. Průměrná rychlost čtení dosáhla 5 písmen za sekundu. Jako největší slabinu hodnotí odborníci skutečnost, že byly použity krátké molekuly DNA a SMRT se při jejich čtení často mýlil. Ze 150 čtených písmen jich systém dokázal poplést až 27. Přesto hodnotí odborníci SMRT kladně.
„Jde o skutečně průlomovou technologii,“ říká genetik Tim Harris pracující pro konkurenční společnost Helicos Biosciences.
| Pro řádné fungování DNA polymerázy je potřeba vysoká koncentrace označených nukleotidů. To však způsobuje, že pozadí „svítí“ silněji než jednotlivé případy sledovaných reakcí. Nová technologie SMRT tento problém řeší systémem malých reakčních objemů | Každý SMRT čip obsahuje tisíce důlků představujících nepatrné detekční objemy | Válcovité jamky mají průměr v řádu desítek nanometrů. Jsou vytvořeny v kovové folii která nasedá na průhledné dno |
| Excitační světlo proniká pouze 20 – 30 nanometrů a určuje tak detekční objem, který obnáší 20 centolitrů (deset na mínus 21 litru) | Jednotlivá molekula DNA polymerázy je přichycena na dno jamky pomocí blíže nespecifikované imobilizační techniky | Animace činnosti enzymu DNA polymerázy |
Video: Princip technologie SMRT
Turner v rozhovoru pro vědecký týdeník Nature uvedl, že během přípravy článku pro Science jeho společnost technologii SMRT výrazně zdokonalila. Systém už dokázal přečíst kompletní dědičnou informaci malého viru. Také spolehlivost se neustále zvyšuje. Na jeden čtecí čip bude možné umístit asi milion důlků s DNA polymerázou a čtení bude probíhat současně ve všech najednou. První čtečky DNA založené na technologii SMRT by měly být k dispozici v roce 2010 a vědci předpokládají, že tím odstartuje série inovací, které několikanásobně zvýší výkon i přesnost čtení DNA. Zároveň by měla klesat i cena čtení DNA. Steven Turner doufá, že by čtení kompletního geonomu nemuselo v blízké budoucnosti stát víc než několik stovek dolarů.
Pramen: Science, Pacific Biosciences
Diskuze:
