fbpx
Назад
14 сентября, 2022

Роль фотонных технологий в исследовании ДНК

Фотоника и оптические технологии занимают центральное место в ДНК и генетическом секвенировании, говорит Хонг (вице-президент, выдающийся инженер и руководитель отдела оптических систем Illumina (Сан-Диего, Калифорния), ссылаясь на высокоскоростную флуоресцентную визуализацию с высоким разрешением, используемую для изучения кластеров проточных клеток. Технология Illumina для секвенирования путем синтеза  использует этот метод.

Это включает в себя флуоресцентно помеченный обратимый терминатор, который изображается по мере добавления каждого из четырех отдельных dNTP — дезоксинуклеозидтрифосфата, синтез и разрушение которого регулируют репликацию как клеточного, так и вирусного геномов. Затем они делятся, чтобы можно было включить следующую базу. Эти четыре обратимых dNTP, связанных с терминатором, присутствуют во время каждого цикла секвенирования, что позволяет естественной конкуренции свести к минимуму любое смещение при включении, а также дает высокоточные данные.

SBS был принят во всем мире для секвенирования следующего поколения. Фактически, он генерирует более 90% мировых данных ДНК/генетического секвенирования. Это помогает сделать то, что компания называет «массовым параллельным секвенированием», более эффективным благодаря методу, который может обнаруживать отдельные основания по мере их включения в растущие цепи ДНК.

Технологии секвенирования Illumina вышли за рамки простого продукта — они стали фактическими стандартными компонентами многих систем и технологий, используемых биологами и биотехнологами. Хонг говорит, что исследователи могут секвенировать шесть гигабаз за 44 часа (что составляет 3,3 миллиарда оснований в день), а одна проточная ячейка, являющаяся частью технологии компании NovaSeq, теперь может содержать до 10 миллиардов кластеров.

По его словам, в компонентах используются светодиоды, лазерные диоды и лазеры DPSS для возбуждения флуоресценции в синей, зеленой и красной длинах волн, а обнаружение при секвенировании ДНК может быть выполнено с помощью датчиков изображения CCD и CMOS.

Работа Illumina продолжается, по словам Хонга, исследованием расширенного использования мощных и недорогих источников света, а также таких методов, как широкополосная визуализация с высокой числовой апертурой и широким полем зрения, визуализация со сверхвысоким разрешением, визуализация с линейным сканированием. и одноразовые датчики изображения CMOS.

Микрофлюидные системы, особенно цифровая микрофлюидика, являются еще одним инструментом секвенирования. Цифровая микрофлюидика, разработанная Illumina, представляет собой метод работы с жидкостью, который позволяет точно манипулировать каплями размером в нанолитр. Это устраняет большинство ручных операций во время таких процедур, как подготовка библиотеки секвенирования, количественная оценка и нормализация. Метод основан на электросмачивании, что позволяет исследователям контролировать капли. Водные капли естественным образом собираются на гидрофобной поверхности, но эти капли могут растекаться по поверхности, когда между ними и изолированным электродом подается напряжение.

Цель секвенирования ДНК

Хотя основное использование секвенирования — это понимание генетического строения и ДНК человека, оно играет важную роль в изучении и понимании генетических заболеваний.

«Основные клинические применения секвенирования ДНК включают тестирование генетических заболеваний и репродуктивное здоровье», — говорит Хонг.

Онкология — еще одна область, в которой секвенирование ДНК является ключевым инструментом.

«В конце концов, рак — это клетки, которые начинают бесконтрольно делиться, потому что они являются своего рода генетической мутацией», — говорит Пол Ван До.