חוקרים בפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון פיתחו טכנולוגיה חדשה המאפשרת אנליזה, ברמת המולקולה הבודדת, של גדילי די-אן-איי גנומיים ארוכים במיוחד. אנליזה כזו חיונית לאפיון מדויק של מולקולות הדי-אן-איי, ותוביל בעתיד לזיהוי מחלות על בסיס שינויים ברצף מולקולות בודדות של הדי-אן-איי. את המחקר שהתפרסם במאמר בכתב העת ACS NANO הובילו פרופ’ עמית מלר, הדוקטורנט אדם זריהן ומנהלת מעבדת מלר ד”ר דיאנה הוטנר.

Pasted Graphics – משמאל: קדיחת החריר בתעלה הננומטרית באמצעות קרן לייזר ממוקדת; מימין: צילומי פלורוסנט של מתיחת הגדיל הארוך בתוך התעלה הננומטרית

Pasted Graphics – 2 – התקן הננו-תעלות, המשמש למתיחת גדילי די-אן-איי ארוכים

המערכת שפיתחו חוקרי הטכניון מכילה מערכת תעלות מיקרוסקופיות שמאפשרות מתיחה מבוקרת של גדילי די-אן-איי בודדים והובלתם אל חיישן נקבובי ננומטרי. זהו חריר זעיר הנקדח בממברנת סיליקון דקיקה באמצעות קרן לייזר ממוקדת, וקוטרו קטן פי 10,000 מקוטרה של שערה. כאשר גדיל הדי-אן-איי מושחל אל תוך החריר, הוא נשאב באמצעות מתח חשמלי המעביר אותו מצד אחד לצד השני של הממברנה. מעבר זה מאפשר סריקה של מבנה הדי-אן-איי לאורך הגדיל ומספק מידע חשוב על מאפייניו הגנטיים.

הטכנולוגיה להעברה של מולקולות בודדות בחיישן נקבובי פותחה על ידי פרופ’ מלר בעבר, וכעת היא הותאמה לטובת “טיפול” כזה בגדילי די-אן-איי גנומיים ארוכים במיוחד. מדובר בגדילים שהופקו ישירות מתאים אנושיים ומכילים מאות אלפי זוגות בסיסים.

העברה של גדילים ארוכים בחריר ננומטרי היא אתגר טכנולוגי מורכב, משום שמולקולות ביולוגיות כאלה נוטות ללבוש צורת סליל סבוך, שבו הקצוות נחבאים. במצב זה, מציאת אחד הקצוות והשחלתו לתוך החור הזעיר דומה למציאת קצה של חוט בפקעת סבוכה של חוט תפירה ארוך והשחלתו לתוך חור של מחט.

להערכת פרופ’ מלר, ההתקן יוביל לשיפור דרמטי ביכולתה של הקהילה המדעית לאפיין את תכונות הדי-אן-איי הגנומי ולזהות שינויים ברצף שלו וחלבונים שקשורים אליו בנקודות מפתח המשפיעות על התפקוד הביולוגי של התא. בעתיד ישמשו טכנולוגיות כאלה גם לזיהוי, ברמה של מולקולת די-אן-איי בודדת, של שונויות גנטיות הקשורות להופעת מחלות, ולאבחונן על סמך דגימות זעירות.

המחקר נערך על ידי צוות המחקר של פרופ’ עמית מלר מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית, התוכנית הבינתחומית לננו-מדעים ומרכז לוקיי למדעי החיים וההנדסה בטכניון, ונתמך במענקים מטעם הנציבות האירופית למחקר (ERC) ותוכנית i-Core של קרן המדע הישראלית.

אתר מעבדת מלר:  www.meller-lab.net

למאמר במגזין ACS NANO  לחצו כאן

ד"ר דיאנה הוטנר

פרופ' עמית מלר

הדוקטורנט אדם זריהן

גדיל די-אן-איי גנומי ארוך (באורך של יותר מ-400,000 זוגות בסיסים) נמתח ומושחל לתוך חריר בקוטר של פחות מ-20 ננומטר. התהליך מוצג במהירות חיה