Il chip Terahertz identifica brevi filamenti di DNA

Una delle sfide pratiche più significative che attualmente stanno occupando i biologi molecolari è trovare modi migliori per identificare brevi filamenti di DNA. Chiamati oligonucleotidi, questi filamenti di nucleotidi sono estremamente utili in processi come test genetici, medicina legale e amplificazione del DNA.

Ma identificare i fili è un'attività alquanto laboriosa. Quasi tutti i metodi di rilevamento si basano su coloranti e marcatori fluorescenti che possono essere rilevati da sensori ottici fornendo un'indicazione utile ma indiretta delle molecole presenti.

Ma i biologi molecolari vorrebbero un sistema migliore che misuri le caratteristiche delle molecole coinvolte e fornisca così una prova diretta della sequenza dei nucleotidi. In effetti, vari gruppi di ricerca stanno lavorando su tali sistemi, alcuni con notevole successo.

Oggi, Andrey Chernev dell'Università accademica di San Pietroburgo in Russia e alcuni amici affermano di aver inventato un modo completamente nuovo per identificare gli oligonucleotidi usando radiazioni terahertz. I nostri risultati dimostrano un nuovo metodo per la caratterizzazione degli oligonucleotidi in tempo reale senza etichetta, dicono.

Un oligonucleotide è una breve molecola di DNA o RNA a filamento singolo di solito costituita da meno di un centinaio di basi. La sequenza di queste basi determina il tipo di oligonucleotide. Quindi il meccanismo di rilevamento ideale rivelerebbe questa sequenza.

L'idea di Chernev e co si basa sul modo in cui queste molecole risuonano. Dicono che la sequenza di basi in un oligonucleotide determini il modo in cui il filamento risuona a frequenze nell'intervallo dei terahertz. La loro idea è quella di catturare un singolo oligonucleotide in una cavità piena di onde terahertz che stimoli questo comportamento risonante.

Iniziano producendo un segnale il più vicino possibile alla modalità risonante. Misurando l'uscita da questa cavità, possono determinare quando gli spettri di ingresso corrispondono esattamente ai modi risonanti della molecola. Questo dice loro esattamente che tipo di oligonucleotide hanno.

Questa è la teoria e l'hanno testata utilizzando un dispositivo che chiamano nanosandwich di silicio, un pozzo quantico di silicio di tipo p circondato da barriere drogate con boro. Questo produce radiazioni terahertz all'interno del pozzo in cui l'oligonucleotide si deposita a una concentrazione che consente l'ingresso di una singola molecola.

Hanno testato il dispositivo su due oligonucleotidi, uno lungo 50 basi e l'altro lungo 100 basi e hanno caratterizzato le loro risonanze uniche. Ciò consente loro di distinguere tra i due oligonucleotidi con relativa facilità a temperatura ambiente.

Ma questo è solo un primo passo. Ciò che è necessario dopo è un'intera libreria delle firme univoche associate a ogni oligonucleotide. Dovrebbe essere possibile. Chernev e colleghi mirano a iniziare analizzando le risonanze di ciascuna delle molecole di monomero e dimero che compongono gli oligonucleotidi. Le firme di questi dovrebbero fornire una sorta di alfabeto dal quale elaborare le risonanze di polimeri più complessi.

Questo è un approccio interessante. Ma questa è un'area affollata in cui molte buone idee competono per diventare la tecnica standard per identificare le molecole della vita in modo rapido ed economico. Chernev e compagni avranno il loro lavoro da fare per dimostrare che il loro metodo è migliore degli altri che stanno emergendo. Ma ha certamente del potenziale e quindi è uno da guardare per il futuro.

Rif: http://arxiv.org/abs/1407.6520 : Rilevamento del DNA mediante pompaggio THz

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