Графен поможет оперативнее исследовать последовательность ДНК
 Схематическое изображение процесса "протаскивания" единичной молекулы ДНК через нанометровое отверстие в листе графена. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Генетический код (геном) живого организма определяется полной последовательностью пар кислот, составляющих молекулу ДНК. Этот факт был известен достаточно давно, однако, полную «расшифровку» генома человека (а это примерно 3 миллиарда пар кислот) ученые из Human Genome Project смогли произвести лишь в 2003 году. На полный анализ исследователям потребовалось примерно 13 лет, при этом они использовали методику, которая не сильно изменилась с 1970-х годов. Суть старой техники заключается в том, что небольшой фрагмент молекулы ДНК изолируется, а потом многократно копируется в рамках химической реакции. В результате фрагмент молекулы «дробится» на составляющие; таким образом, техника позволяет анализировать только небольшие последовательности из пар кислот. Данные, полученные для отдельных небольших перекрывающихся последовательностей, суммируются и обрабатываются на суперкомпьютере, в результате чего ученые получают «расшифровку» полной молекулы ДНК.
Очевидно, что применяемая методика не идеальна. Ее главный недостаток – потребность в огромных вычислительных ресурсах. Поэтому научный мир совместно с практической медициной ищет способы анализировать молекулу ДНК целиком, причем без помощи столь мощных вычислений. Ведь кроме полного генома человека на фоне геномов других представителей живой природы интерес представляют и отдельные «нестыковки» в молекулах ДНК разных людей, определяющие фенотипы (к примеру, ген, отвечающий за голубые глаза).
Еще в 2008 году в научных трудах появились теоретические идеи о том, что последовательность ДНК можно анализировать при помощи двумерного листа углерода (атомы в котором формируют гексагональную кристаллическую решетку), т.е. графена. Идея заключается в том, что каждая из четырех составляющих молекулу ДНК кислот будет давать свой собственный отклик в проводимости графена при «пропускании» цепочки через отверстие кристаллической решетки. Фактически, методика чем-то напоминает идею сканирования; главное, что в случае успешной ее реализации «расшифровка» конкретной молекулы ДНК станет быстрой и удобной. Однако, до сих пор подобная техника существовала только на бумаге.
Группа ученых из Kavli Institute of Nanoscience (Нидерланды) первой продемонстрировала на практике возможность «протаскивания» последовательности ДНК через искусственно созданные поры размерами 5 – 25 нм в листе графена. В своем эксперименте научная группа формировала поры в графене, размещенном на кремниевой поверхности, при помощи электронного луча.
На данный момент лабораторная система не позволяет «сканировать» составляющие молекулу кислоты. Но исследователи доказали саму возможность перемещения молекулы с достаточно большой скоростью; более того, они наблюдали изменение электронных характеристик углеродной плоскости при «прохождении» молекулы. Однако, требуются дальнейшие исследования для «калибровки» этого отклика.
Также по теме:
Источники: