Проф. Меллер с факультета биомедицинской инженерии Израильского технологического института Технион возглавляет исследовательскую группу, которая является партнером BeyondSeq, международного исследовательского консорциума, ищущего новые методы декодирования генетической и эпигенетической информации из медицинских образцов.
BeyondSeq при поддержке гранта в размере 6 миллионов евро от Horizon 2020, рамочной программы Европейского Союза, был одним из восьми консорциумов, выбранных из 450 поданных предложений.
"Мы – единственная лаборатория консорциума, работающая над ранней диагностикой биомаркеров рака, которыепозволит врачам гораздо эффективнее бороться с раком и спасать человеческие жизни », – пояснил Меллер. "В настоящее время нет эффективных способов диагностики колоректального рака и рака легких на ранних стадиях.
Обычно эти виды рака диагностируются на более поздней стадии (стадия 2 или выше), когда у пациентов уже могут быть множественные вторичные опухоли, что значительно усложняет лечение."
Технология нанопор, разработанная Меллером и его коллегами, состоит из крошечных отверстий – примерно в 100000 раз меньше толщины листа бумаги – просверленных в ультратонких силиконовых мембранах. Исследователи пропускают ток электрически заряженных ионов соли через нанопоры, которые притягивают молекулы, такие как ДНК, которые имеют собственное естественное электрическое изменение, к порам.
Молекулы ДНК проходят через поры, и когда они скользят от одной стороны мембраны к другой, поры действуют как сканер. Оптические и электрические сигналы, излучаемые при прохождении молекулы через поры, обнаруживаются, обеспечивая информацию о свойствах ДНК, таких как ее длина и вариации последовательности.
Меллер сказал, что его команда будет использовать нанопоры для изучения небольших вариаций в нуклеотидах ДНК или «буквах», которые описывают ген KRAS, который уже был идентифицирован как важный биомаркер при колоректальном раке и раке легких. «Мы можем кодировать вариации нуклеотидов в гене KRAS с помощью наборов излучающих цвет красителей и считывать информацию с помощью нашего датчика нанопор.
Мы надеемся, что наша технология нанопор может быть адаптирована для раннего обнаружения, когда определение этих биомаркеров в настоящее время чрезвычайно сложно и недоступно обычными методами », – сказал он.
Он добавил, что нанопоры могут оказаться особенно полезными для раннего обнаружения, поскольку они могут сканировать очень небольшие количества молекул, обнаруживая несколько раковых клеток или молекулярные маркеры рака в большом образце здоровой крови или ткани.
Команда также разрабатывает метод на основе нанопор для обнаружения эпигенетических модификаций на уровне одной молекулы. Эпигенетические модификации – это химические изменения, внесенные в молекулу ДНК. Эти химические изменения не изменяют последовательность букв ДНК, обозначающих ген, но они могут повлиять на то, как белок, кодируемый этим геном, экспрессируется внутри клетки. (Некоторые люди сравнивают эту разницу с отметками на музыкальной партитуре: воспринимайте генетическую последовательность как музыкальные ноты, тогда как эпигенетические модификации – это инструкции, которые говорят музыканту, играть ли ноту тихо или громко, например.)
Нанопоры предлагают один из способов узнать, прикреплены ли к участку ДНК некоторые из этих эпигенетических инструкций, что может помочь ученым определить, коррелируют ли какие-либо из этих инструкций с тем, как развивается такое заболевание, как рак.
Меллер и его коллеги разрабатывают возможности нанопор более 15 лет. В статье, опубликованной в Scientific Reports ранее в этом году, они продемонстрировали, что поры могут обнаруживать присутствие единственного фактора транскрипции, белка, который активирует производство матричной РНК из ДНК.Возможности сканирования пор были даже достаточно мощными, чтобы различать два отдельных способа связывания фактора транскрипции с ДНК, каждый из которых имеет свои собственные транскрипционные эффекты.
В другой статье, опубликованной в Biophysical Journal, исследователи показали, что технология нанопор может обнаруживать различные способы изменения белков с помощью другого небольшого белка, называемого убиквитином, который, среди прочего, отвечает за маркировку более крупных белков для повторного использования клеткой. А в третьей статье, опубликованной в Nano Letters, Меллер и его коллеги продемонстрировали, что нанопоры можно использовать в качестве оптических сканеров для считывания разноцветного «штрих-кода», созданного на молекулах ДНК.