California San Diego Üniversitesi tarafından yönetilen bir ekip; tek bir nükleotid polimorfizmi (SNP) olarak bilinen bir tür genetik mutasyonu algılayabilen ve sonuçları bir akıllı telefona, bilgisayara veya başka bir elektronik cihaza gerçek zamanlı gönderebilen bir çip geliştirdi. Çip, mevcut teknolojiden daha fazla SNP tespitinde en az 1.000 kat daha hassastır.
Advanced Materials‘da 9 Temmuz’da yayınlanan bu çalışma; kanser gibi hastalıklar için genetik belirleyicilerin erken tespitinde daha ucuz, daha hızlı ve portatif biyosensörlere yol açabilir.
Bir SNP; DNA sekansındaki tek bir nükleotid bazındaki (A, C, G veya T) değişimdir. En sık görülen genetik mutasyon türüdür. Çoğu SNP’nin sağlık üzerinde belirgin bir etkisi olmasa da, bazıları kanser, diyabet, kalp hastalığı, nörodejeneratif bozukluklar, otoimmün ve enflamatuar hastalıklar gibi patolojik durumların gelişme riski ile ilişkilidir.
Geleneksel SNP saptama yöntemlerinin bazı sınırlamaları vardır: Nispeten zayıf bir duyarlılığa ve özgüllüğe sahiptirler. Tespit için birden çok kopya almada amplifikasyon* ve hantal araçların kullanılmasını gerektirir. Ayrıca kablosuz olarak da çalışamazlar.
* Amplifikasyon: Tek bir zinciri bir yığın dna arasından seçip çoğaltma işlemi anlamında da kullanılır.
UC San Diego Jacobs Mühendislik Okulu Biyomühendislik, Makine Mühendisliği ve Malzeme Bilimi Profesörü Ratnesh Lalliderliğindeki ekip tarafından geliştirilen yeni DNA biyosensörü; tırnaktan daha küçük olan ve çözelti içinde picomolar konsantrasyonlarda* bulunan bir SNP’yi tespit edebilen kablosuz bir çiptir.
* Molar konsantrasyon veya molarite, en yaygın olarak çözelti litresi başına çözünen madde birimi cinsinden ifade edilir. 1 molar= 1m=1 mol/litre
Çip esasen spesifik bir SNP mutasyonu içeren bir DNA ipi yakalar ve daha sonra mobil cihaza kablosuz olarak gönderilen bir elektrik sinyali üretir. Yüzeyine bağlı özel olarak tasarlanmış çift şeritli DNA parçasına sahip bir Grafen Alan Etkili Transistör‘den oluşur. Bu DNA parçası ortada bükülmüş ve bir çift cımbız şeklinde şekillendirilmiştir: Belirli bir SNP için “DNA-Cımbız” kodlarının bir tarafı… SNP’ye sahip bir DNA ipliği, DNA-cımbızının bu tarafına bağlanır, onları açar ve Grafen Alan Etkili Transistör tarafından tespit edilen elektrik akımında bir değişiklik yaratır.
DNA İplikçiğinin Yer Değiştirmesi
Bu teknolojiyi harekete geçiren şey, DNA çift sarmalın, yeni bir tamamlayıcı iplikçiğin, iplikçiklerinden birini değiştirdiğinde DNA İplikçiğinin Yer Değiştirmesi olarak adlandırılan moleküler bir süreçtir. Bu durumda, DNA-Cımbız’ları bir ip ucunu belirli bir SNP ile değiştirir.
DNA-cımbızları özel olarak tasarlandığından, bu işlemi gerçekleştirmesi mümkün. İpliklerden biri, grafen transistörüne bağlanan ve spesifik bir SNP için tamamlayıcı sekansı içeren ‘normal’ bir ipliktir. Diğeri, bazı nükleotidlerin normal iplikçik bağlarını zayıflatmak için, farklı bir molekül ile değiştirildiği ‘zayıf’ bir iplikçiktir. SNP’yi içeren bir iplik; normal iplikçiğe daha güçlü bir şekilde bağlanabilir ve zayıf ipliği değiştirebilir. Bu, DNA-cımbızlarını; grafen transistörü tarafından kolaylıkla tespit edilebilen bir net elektrik yükü ile bırakır.
Yeni, Geliştirilmiş SNP Algılama Çipi
Bu çalışma, Lal’in ekibinin daha önce UC San Diego Tıp Enstitüsü’nde Araştırma Uzmanı Gennadi Glinksy ile birlikte geliştirdiği ilk etiket ve amplifikasyonsuz elektronik SNP algılama çipi üzerine inşa edilmiştir. Yeni çip’e ek olarak; kablosuz özellik eklendi ve önceki modelden en az 1.000 kat daha duyarlı.
Yeni çipi çok hassas yapan şey; DNA-cımbızlarının tasarımıdır. SNP içeren iplikçik bağlandığında, DNA-cımbızlarını açar ve açılarını değiştirerek, grafen yüzeye neredeyse paralel olurlar. Bu, DNA’nın net elektrik yükünü grafen yüzeye yakınlaştırarak, daha büyük bir sinyal verir. Tersine, önceki yonga içine yerleştirilen DNA probu, grafen yüzeye daha yakın getirilemeyen bir yapıya sahipti, bu yüzden bir SNP içeren şeridin bağlanması üzerine daha zayıf bir sinyal üretti.
Sonraki adımlar, tek bir testte yüzbinlerce SNP’yi tespit etmek için bir dizi çiplerin tasarlanması olacak. Gelecek çalışmalar, çipin hayvanlardan veya insanlardan alınan kan ve diğer vücut sıvı numunelerinde test edilmesini içerecektir.
