Нанодевайс для чтения ДНК приближает эру персонализированной медицины

Схематическая модель разделения одноцепочечной ДНК с помощью джоулева тепла, генерируемого нанонагревателем вокруг нанопоры. Автор: Макусу Цуцуи

ДНК содержит инструкции, которые делают нас теми, кто мы есть. Чтобы прочитать эти инструкции — например, для понимания предрасположенности к генетическим заболеваниям — необходимо аккуратно «разделить» знаменитую двойную спираль ДНК. Этот процесс сложен, требует интенсивного нагрева и химических веществ, которые могут повредить молекулу.

В новом исследовании, опубликованном в журнале ACS Nano, команда учёных из Университета Осаки разработала революционную технологию, упрощающую процесс разделения ДНК. Их изобретение использует миниатюрный нагреватель для точного и бережного «расплетания» двойной спирали.

Устройство состоит из наноразмерной платиновой катушки. Когда цепочка ДНК достигает «нанопоры» — микроскопического отверстия в устройстве — на катушку подаётся напряжение. Выделяемое тепло раскрывает ДНК, позволяя считывать информацию по одной цепи.

«Ключевое преимущество нашего метода в том, что нам не нужно нагревать весь образец — только его крошечную часть, — объясняет ведущий автор исследования Макусу Цуцуи. — Это требует всего несколько милливатт мощности, минимизирует повреждения ДНК и повышает точность считывания».

Учёные протестировали метод на длинной молекуле ДНК вируса (почти 50 000 пар оснований) и небольшой плазмиде. Даже минимального нагрева оказалось достаточно для разделения обеих структур.

Точный контроль температуры также позволил регулировать скорость расплетания ДНК и отслеживать её прохождение через нанопору с помощью электрических сигналов. Эти данные помогут улучшить технологии секвенирования ДНК.

«Наше устройство просто в производстве и, мы надеемся, станет ключевой технологией для быстрого и точного секвенирования нового поколения», — говорит старший автор исследования Томодзи Каваи.

Микроскопический размер и низкое энергопотребление делают устройство перспективным для портативных диагностических приборов, способных анализировать генетическую информацию прямо на месте.

Эта технология приближает эру персонализированной медицины, где врачи смогут подбирать лечение на основе уникальных генетических данных пациента, включая выявление предрасположенности к раку и другим заболеваниям.

Дополнительная информация: Макусу Цуцуи и др., On-Site Unzipping of Single-Molecule DNA in a Spot-Heated Nanopore, ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.5c09740

Источник: Университет Осаки