Карманное устройство, работающее всего на двух батарейках АА, простое и дешёвое, способно генерировать копии ДНК не хуже своих предшественников — аппаратов больших размеров и солидной стоимости. Это достижение в сфере техники для биологических и медицинских исследований — заслуга Виктора Угаза (Victor Ugaz) и Нитина Агравала (Nitin Agrawal) из Техасского университета (Texas A&M University).
Новый прибор не имеет движущихся частей и его можно изготовить, затратив всего $10. Однако как и сравнительно большие аппараты, используемые в лабораториях сейчас, он может сделать миллиарды идентичных копий ДНК. Причём — всего за 20 минут, против требуемых ранее часов. А такое копирование необходимо, к примеру, для целого ряда медицинских генетических тестов, когда исходного количества ДНК для анализа недостаточно.
По принципу действия данный приборчик относится к так называемым амплификаторам, использующим полимеразную цепную реакцию (ПЦР). Они применяют попеременное нагревание и охлаждение раствора с подлежащей размножению ДНК и рядом необходимых веществ для запуска процесса копирования.
При нагревании происходит расплетение двухцепочечной ДНК и образование из неё двух одноцепочечных молекул. Далее раствор охлаждают, и при содействии специального фермента в дело вступают нуклеотиды-праймеры, трифосфаты нуклеозидов и прочие молекулы, необходимые для сборки новой ДНК на основе половинки ДНК реплицируемой.
Разумеется, для правильного хода реакций требуется точно выдерживать температуру и при нагреве, и при охлаждении смеси. Сначала ей нужно обеспечить 95 градусов по Цельсию (расплетение исходной ДНК), потом 60 (для собирания «кирпичиков» вместе), а затем 72 — для окончательного «сшивания» новой ДНК.
Каждый такой цикл, по идее, удваивает количество ДНК в пробирке, но требуется очень много циклов, чтобы число копий ДНК достигло нужной величины. Для этого, обычно, массивный контейнер с раствором сначала целиком медленно нагревают, затем — целиком охлаждают, и так чередуют этапы с длительным периодом. Это требует тяжёлого и громоздкого оборудования, расходующего немало электричества.
В основе же нового прибора — вертикальная петля из трубки сантиметровой ширины, огибающей три маленьких металлических стержня. Автоматика поддерживает температуру каждого из них на определённом уровне — до этой температуры нагревается и участок трубки, соприкасающийся с тем или иным стержнем. Трубка содержит миллиметровый канал, по которому циркулирует раствор с реплицируемой ДНК и остальными ингредиентами.
Самое любопытное — в системе нет насоса — круговорот жидкости происходит за счёт конвекции. Здесь Угаз сравнивает минирепликатор с лава-лампой. При этом раствор попеременно проходит через зоны с тремя разными уровнями температур, что и обеспечивает протекание ПЦР. Так что в этом репликаторе все этапы размножения ДНК идут одновременно.
«Я надеюсь, что это позволит сделать ПЦР более доступной», — говорит Виктор Угаз. По его словам, система позволит выполнять исследования ДНК в полевых условиях, а ещё — в развивающихся странах, где крупное и дорогостоящее лабораторное оборудование труднодоступно. Хотя для поддержания достоинств этого прибора, в плане миниатюрности и дешевизны, потребуются соответствующие (более простые и дешёвые) методы извлечения ДНК из клеток, а также — методы анализа ДНК.
Читайте также о ДНК-чипах.
