stringtranslate.com

Секвенирование нанопор

Слева представлен рисунок комплекса, образованного между альфа-гемолизином и dsDNA со связью через олигомер . Справа показано последовательное движение этого комплекса относительно канала нанопоры в два этапа (I) и (II). После того, как комплекс вставлен в нанопору, белок альфа-гемолизина будет функционален в новообразованной гибридной, биологической и твердотельной, системе нанопор.
Иллюстрация того, как электрический сигнал генерируется при прохождении ДНК через канал нанопоры.

Нанопоровое секвенирование — это подход третьего поколения [1], используемый при секвенировании биополимеров , в частности полинуклеотидов в форме ДНК или РНК .

Используя нанопоровое секвенирование, можно секвенировать одну молекулу ДНК или РНК без необходимости ПЦР- амплификации или химической маркировки образца. Нанопоровое секвенирование может предложить относительно недорогое генотипирование , высокую мобильность для тестирования и быструю обработку образцов с возможностью отображения результатов в режиме реального времени. Публикации по этому методу описывают его использование для быстрой идентификации вирусных патогенов, [2] [3] [4] мониторинга лихорадки Эбола , [5] мониторинга окружающей среды, [6] мониторинга безопасности пищевых продуктов, секвенирования генома человека, [7] секвенирования генома растений, [8] мониторинга устойчивости к антибиотикам , [9] гаплотипирования [10] и других приложений.

Разработка

Потребовалось 25 лет, чтобы полностью материализовать секвенирование нанопор. Оно включало тесное сотрудничество между академическими кругами и промышленностью. Одним из первых, кто выдвинул идею секвенирования нанопор, был Дэвид Димер . В 1989 году он набросал план по прохождению одноцепочечной ДНК через белковую нанопору, встроенную в тонкую мембрану, в рамках своей работы по синтезу РНК с нуля. Понимая, что тот же подход может иметь потенциал для улучшения секвенирования ДНК, Димер и его команда провели следующее десятилетие, тестируя его. В 1999 году Димер и его коллеги опубликовали первую статью, используя термин «секвенирование нанопор», и два года спустя создали изображение, захватывающее шпильку ДНК, проходящую через нанопору в реальном времени. Еще одна основа для секвенирования нанопор была заложена работой команды под руководством Хагана Бейли , который с 1990-х годов начал независимо разрабатывать стохастическое зондирование, метод, который измеряет изменение ионного тока, проходящего через нанопору, для определения концентрации и идентичности вещества. К 2005 году Бейли добился существенного прогресса в методе секвенирования ДНК и стал соучредителем Oxford Nanopore, чтобы помочь продвинуть технологию дальше. В 2014 году компания выпустила свое первое портативное устройство для секвенирования нанопор. Это позволило проводить секвенирование ДНК практически в любом месте, даже в отдаленных районах с ограниченными ресурсами. Оно использовалось во время пандемии COVID-19 . Четверть всех мировых вирусных геномов SARS-CoV-2 теперь секвенированы с помощью устройств нанопор. Технология также предлагает важный инструмент для борьбы с устойчивостью к противомикробным препаратам, растущей угрозой общественному здравоохранению. [11] В 2020 году китайская компания Qitan Technology запустила свой нанопоровый секвенатор генов одной молекулы, [12] а в 2024 году MGI Tech запустила собственные продукты для секвенирования нанопор. [13]

Принципы обнаружения

Биологическая или твердотельная мембрана, где находится нанопора , окружена раствором электролита. [14] Мембрана разделяет раствор на две камеры. [15] Напряжение смещения прикладывается к мембране, вызывая электрическое поле, которое приводит в движение заряженные частицы, в данном случае ионы. Этот эффект известен как электрофорез . При достаточно высоких концентрациях раствор электролита хорошо распределен, и все падение напряжения концентрируется вблизи и внутри нанопоры. Это означает, что заряженные частицы в растворе чувствуют силу от электрического поля только тогда, когда они находятся вблизи области поры. [16] Эту область часто называют областью захвата. Внутри области захвата ионы имеют направленное движение, которое можно зарегистрировать как постоянный ионный ток, поместив электроды рядом с мембраной. Теперь представьте себе наноразмерный полимер, такой как ДНК или белок, помещенный в одну из камер. Эта молекула также имеет чистый заряд, который чувствует силу от электрического поля, когда она находится в области захвата. [16] Молекула приближается к этой области захвата с помощью броуновского движения и любого притяжения, которое она может иметь к поверхности мембраны. [16] Оказавшись внутри нанопоры, молекула перемещается через нее посредством комбинации электрофоретических, электроосмотических и иногда термофоретических сил. [14] Внутри поры молекула занимает объем, который частично ограничивает поток ионов, наблюдаемый как падение ионного тока. В зависимости от различных факторов, таких как геометрия, размер и химический состав, изменение величины ионного тока и продолжительность перемещения будут различаться. Затем можно обнаружить и потенциально идентифицировать различные молекулы на основе этой модуляции ионного тока. [17]

Базовая идентификация

Величина плотности электрического тока на поверхности нанопоры зависит от размеров нанопоры и состава ДНК или РНК, занимающих нанопору. Секвенирование стало возможным, поскольку, проходя через канал нанопоры, образцы вызывают характерные изменения плотности электрического тока, протекающего через нанопору. Полный заряд, протекающий через канал нанопоры, равен поверхностному интегралу потока плотности электрического тока через нормальные поверхности единицы нанопоры между моментами времени t 1 и t 2 .

Типы

Биологический

Пора альфа-гемолизина (состоящая из 7 идентичных субъединиц в 7 цветах) и 12-мерная одноцепочечная ДНК (белого цвета) в том же масштабе для иллюстрации влияния ДНК на проводимость при движении через нанопору. Ниже представлен ортогональный вид тех же молекул.

Биологическое нанопоровое секвенирование основано на использовании трансмембранных белков, называемых белковыми нанопорами, в частности, образованных белковыми токсинами, которые встроены в липидные мембраны , чтобы создавать пористые поверхности, зависящие от размера, с «отверстиями» нанометрового масштаба, распределенными по мембранам. [18] Достаточно низкая скорость транслокации может быть достигнута путем включения различных белков, которые облегчают перемещение ДНК или РНК через поры липидных мембран. [19]

Альфа-гемолизин

Альфа- гемолизин (αHL), нанопора из бактерий, которая вызывает лизис эритроцитов, изучается уже более 15 лет. [20] К настоящему моменту исследования показали, что все четыре основания могут быть идентифицированы с помощью ионного тока, измеренного через пору αHL. [21] [22] Структура αHL выгодна для идентификации определенных оснований, движущихся через пору. Пора αHL имеет длину ~10 нм с двумя отдельными секциями по 5 нм. Верхняя секция состоит из более крупной, похожей на вестибюль структуры, а нижняя секция состоит из трех возможных участков распознавания (R1, R2, R3) и способна различать каждую базу. [21] [22]

Секвенирование с использованием αHL было разработано посредством базового изучения и структурных мутаций, двигаясь к секвенированию очень длинных ридов. Мутация белка αHL улучшила детектирующие способности поры. [23] Следующий предлагаемый шаг — привязать экзонуклеазу к поре αHL. Фермент будет периодически расщеплять отдельные основания, позволяя поре идентифицировать последовательные основания. Связывание экзонуклеазы с биологической порой замедлит транслокацию ДНК через пору и увеличит точность получения данных.

В частности, теоретики показали, что секвенирование с помощью ферментов экзонуклеазы, как описано здесь, нецелесообразно. [24] Это в основном связано с эффектами, связанными с диффузией, которые накладывают ограничение на вероятность захвата каждого нуклеотида по мере его расщепления. Это приводит к значительной вероятности того, что нуклеотид либо не будет захвачен до того, как он диффундирует в объем, либо будет захвачен не в том порядке, и, следовательно, не будет должным образом секвенирован нанопорой, что приведет к ошибкам вставки и удаления. Поэтому необходимы серьезные изменения в этом методе, прежде чем его можно будет считать жизнеспособной стратегией.

Недавнее исследование указало на способность αHL обнаруживать нуклеотиды в двух отдельных местах в нижней половине поры. [25] Участки R1 и R2 позволяют контролировать каждое основание дважды по мере его перемещения через пору, создавая 16 различных измеряемых значений ионного тока вместо 4. Этот метод улучшает одиночное считывание через нанопору, удваивая места, в которых считывается последовательность на нанопору.

МспА

Порин A Mycobacterium smegmatis (MspA) является второй биологической нанопорой, которая в настоящее время исследуется для секвенирования ДНК. Пора MspA была идентифицирована как потенциальное улучшение по сравнению с αHL из-за более благоприятной структуры. [26] Пора описывается как бокал с толстым ободом и диаметром 1,2 нм на дне поры. [27] Природный MspA, хотя и благоприятен для секвенирования ДНК из-за формы и диаметра, имеет отрицательное ядро, которое запрещает транслокацию одноцепочечной ДНК (ssDNA). Природная нанопора была модифицирована для улучшения транслокации путем замены трех отрицательно заряженных аспарагиновых кислот на нейтральные аспарагины. [28]

Было показано, что обнаружение нуклеотидов электрическим током через мембрану в десять раз более специфично, чем αHL для идентификации оснований. [26] Используя эту улучшенную специфичность, группа в Университете Вашингтона предложила использовать двухцепочечную ДНК (dsDNA) между каждой одноцепочечной молекулой, чтобы удерживать основание в секции считывания поры. [26] [28] dsDNA остановит основание в правильной секции поры и позволит идентифицировать нуклеотид. Недавно был выдан грант сотрудничеству Калифорнийского университета в Санта-Крузе, Университета Вашингтона и Северо-Восточного университета для улучшения распознавания оснований MspA с использованием полимеразы phi29 в сочетании с порой. [29] MspA с обнаружением электрического тока также может использоваться для секвенирования пептидов. [30]

Твердотельный

Подходы к секвенированию на основе твердотельных нанопор, в отличие от биологического секвенирования на основе нанопор, не включают белки в свои системы. Вместо этого технология твердотельных нанопор использует различные субстраты из металлов или сплавов металлов с порами нанометрового размера, которые позволяют ДНК или РНК проходить через них. Эти субстраты чаще всего играют неотъемлемую роль в распознавании последовательностей нуклеиновых кислот, поскольку они перемещаются по каналам вдоль субстратов. [31]

Туннельный ток

Рисунок, демонстрирующий теоретическое движение одноцепочечной ДНК через систему нанопор с туннельным током. Детектирование стало возможным благодаря включению электродов вдоль стенок канала нанопоры — перпендикулярно вектору скорости одноцепочечной ДНК.

Измерение электронного туннелирования через основания, когда одноцепочечная ДНК перемещается через нанопору, является усовершенствованным методом секвенирования твердотельных нанопор. Большинство исследований было сосредоточено на доказательстве того, что основания могут быть определены с помощью электронного туннелирования. Эти исследования проводились с использованием сканирующего зондового микроскопа в качестве чувствительного электрода и доказали, что основания могут быть идентифицированы с помощью определенных туннельных токов. [32] После исследования доказательства принципа необходимо создать функциональную систему для соединения твердотельных пор и чувствительных устройств.

Исследователи из группы Harvard Nanopore спроектировали твердотельные поры с однослойными углеродными нанотрубками по всему диаметру поры. [33] Создаются массивы пор, и химическое осаждение из паровой фазы используется для создания нанотрубок, которые растут по массиву. После того, как нанотрубка выросла по поре, диаметр поры регулируется до желаемого размера. Успешное создание нанотрубки, связанной с порой, является важным шагом на пути к идентификации оснований, поскольку одноцепочечная ДНК транслоцируется через твердотельную пору.

Другой метод — использование наноэлектродов по обе стороны поры. [34] [35] Электроды специально созданы для того, чтобы обеспечить образование твердотельной нанопоры между двумя электродами. Эта технология может быть использована не только для обнаружения оснований, но и для управления скоростью и ориентацией перемещения оснований.

Флуоресценция

Эффективный метод определения последовательности ДНК был разработан с использованием твердотельных нанопор и флуоресценции . [36] Этот метод флуоресцентного секвенирования преобразует каждое основание в характерное представление нескольких нуклеотидов, которые связываются с флуоресцентным зондом, образующим нить dsDNA. С предложенной двухцветной системой каждое основание идентифицируется двумя отдельными флуоресценциями и, следовательно, будет преобразовано в две определенные последовательности. Зонды состоят из флуорофора и гасителя в начале и конце каждой последовательности соответственно. Каждый флуорофор будет погашен гасителем в конце предыдущей последовательности. Когда dsDNA транслоцируется через твердотельную нанопору, нить зонда будет отрываться, и восходящий флуорофор будет флуоресцировать. [36] [37]

Этот метод секвенирования имеет производительность 50-250 оснований в секунду на пору, а система четырехцветного флуорофора (каждое основание может быть преобразовано в одну последовательность вместо двух) будет секвенировать более 500 оснований в секунду. [36] Преимущества этого метода основаны на четком считывании последовательности — с использованием камеры вместо методов с шумовым током. Однако метод требует подготовки образца для преобразования каждого основания в расширенный двоичный код перед секвенированием. Вместо того, чтобы идентифицировать одно основание при его перемещении через пору, требуется ~12 оснований для нахождения последовательности одного основания. [36]

Цели

Устройства на основе нанопор могут использоваться для анализа eDNA в мониторинге окружающей среды [38] [39] [40] [41] и эпидемиологии сельскохозяйственных культур . [39] Их можно миниатюризировать больше, чем более ранние технологии, и поэтому они были превращены в портативные устройства, особенно MinION. [38] [39] [40] [41] MinION особенно известен исследованиями вирусов сельскохозяйственных культур , проведенными Бойкиным и др. в 2018 г. и Шаффером в 2019 г. [39], а также исследованиями распространенности видов , проведенными Менегоном и др. в 2017 г. [39] [40] и Померанцем и др. в 2018 г. [38] [ 39] [ 40] [41] Благодаря своей высокой портативности, низкой стоимости и простоте использования для приложений быстрого секвенирования, он также вызвал этические, правовые и социальные опасения [42] наряду с другими технологиями секвенирования следующего поколения. [43] Варианты SARS-CoV-2 в сточных водах Праги были обнаружены с помощью секвенирования на основе нанопор. Секвенирование образцов из подканальных бассейнов приносит пользу системам раннего эпидемиологического оповещения. [44]

Сравнение типов

Основные ограничения

  1. Низкая скорость перемещения: скорость, с которой образец проходит через поры единицы, достаточно низкая для измерения.
  2. Размерная воспроизводимость: вероятность того, что поры изделия будут иметь нужный размер.
  3. Устойчивость к стрессу: чувствительность устройства к внутренним условиям окружающей среды.
  4. Долговечность: ожидаемый срок службы устройства.
  5. Простота изготовления: возможность изготовить единицу продукции — обычно в отношении массового производства.

Биологический: преимущества и недостатки

Биологические системы секвенирования нанопор имеют несколько фундаментальных характеристик, которые делают их выгодными по сравнению с твердотельными системами, причем каждая выгодная характеристика этого подхода к проектированию вытекает из включения белков в их технологию. Однородная структура пор, точный контроль перемещения образца через каналы пор и даже обнаружение отдельных нуклеотидов в образцах могут быть облегчены уникальными белками из различных типов организмов.

Использование белков в биологических системах секвенирования нанопор, несмотря на различные преимущества, также влечет за собой некоторые отрицательные характеристики. Чувствительность белков в этих системах к локальному стрессу окружающей среды оказывает большое влияние на долговечность единиц в целом. Одним из примеров является то, что двигательный белок может расстегивать образцы только с достаточной скоростью в определенном диапазоне pH, не работая достаточно быстро за пределами диапазона - это ограничение влияет на функциональность всей единицы секвенирования. Другим примером является то, что трансмембранный порин может надежно работать только в течение определенного количества запусков, прежде чем он сломается. Оба эти примера должны контролироваться при проектировании любой жизнеспособной биологической системы нанопор - чего может быть трудно достичь, сохраняя при этом затраты на такую ​​технологию как можно более низкими и конкурентоспособными по сравнению с другими системами. [19]

Вызовы

Одной из проблем метода «секвенирования нитей» было усовершенствование метода для улучшения его разрешения, чтобы иметь возможность обнаруживать отдельные основания. В ранних методах, описанных в статьях, нуклеотид должен был быть повторен в последовательности около 100 раз подряд, чтобы произвести измеримое изменение характеристики. Такое низкое разрешение объясняется тем, что нить ДНК быстро движется со скоростью от 1 до 5 мкс на основание через нанопору. Это затрудняет запись и делает ее подверженной фоновому шуму, не позволяя получить разрешение по одному нуклеотиду. По состоянию на 2006 год проблема решалась либо путем улучшения технологии записи, либо путем управления скоростью нити ДНК с помощью различных стратегий белковой инженерии, и Oxford Nanopore использует «подход kmer», анализируя более одного основания в любой момент времени, так что участки ДНК подвергаются повторному опросу по мере того, как нить движется через нанопору по одному основанию за раз. [45] Различные методы, включая алгоритмические, использовались для улучшения производительности технологии MinION с тех пор, как она впервые стала доступна пользователям. [46] Совсем недавно были продемонстрированы эффекты отдельных оснований, обусловленные вторичной структурой или высвобожденными мононуклеотидами. [47] [48]

В 2010 году Хаган Бейли предположил, что создание двух участков распознавания в поре альфа-гемолизина может дать преимущества в распознавании оснований. [25]

По состоянию на 2009 год одной из проблем «экзонуклеазного подхода» [49] , где процессивный фермент подает отдельные основания в правильном порядке в нанопору, была интеграция экзонуклеазы и систем обнаружения нанопоры. В частности, [50] проблема заключается в том, что когда экзонуклеаза гидролизует фосфодиэфирные связи между нуклеотидами в ДНК, впоследствии освобожденный нуклеотид не обязательно гарантированно переместится, скажем, в близлежащую альфа-гемолизиновую нанопору . В 2009 году одной из идей было прикрепить экзонуклеазу к нанопоре, возможно, посредством биотинилирования к бета-бочке гемолизина. [50]

Центральная пора белка может быть выстлана заряженными остатками, расположенными так, что положительные и отрицательные заряды появляются на противоположных сторонах поры. Однако этот механизм в первую очередь является дискриминационным и не представляет собой механизм для направления нуклеотидов по какому-то определенному пути. [ необходима цитата ]

Ссылки

  1. ^ Niedringhaus TP, Milanova D, Kerby MB, Snyder MP, Barron AE (июнь 2011 г.). «Ландшафт технологий секвенирования следующего поколения». Аналитическая химия . 83 (12): 4327–41. doi :10.1021/ac2010857. PMC  3437308. PMID  21612267 .
  2. ^ Greninger AL , Naccache SN, Federman S, Yu G, Mbala P, Bres V и др. (сентябрь 2015 г.). «Быстрая метагеномная идентификация вирусных патогенов в клинических образцах с помощью анализа нанопорового секвенирования в реальном времени». Genome Medicine . 7 (1): 99. bioRxiv 10.1101/020420 . doi : 10.1186/s13073-015-0220-9 . PMC 4587849. PMID  26416663 .  
  3. ^ Бикло, Анаис (29.05.2023). «Технология борьбы с вирусными инфекциями» . Получено 07.07.2023 .
  4. ^ Манро, Рори; Холмс, Надин; Мур, Кристофер; Карлайл, Мэтью; Пейн, Александр; Тайсон, Джон Р.; Уильямс, Томас; Олдер, Кристофер; Снелл, Люк Б.; Неббиа, Гайя; Сантос, Роберто; Луз, Мэтт (2023). «Структура для мониторинга в реальном времени, анализа и адаптивного отбора проб при секвенировании вирусных ампликонов в нанопорах». Frontiers in Genetics . 14. doi : 10.3389/fgene.2023.1138582 . ISSN  1664-8021 . PMC 10083257. PMID  37051600 . 
  5. ^ Ник Ломан (15 мая 2015 г.). «Как небольшой рюкзак для быстрого геномного секвенирования помогает бороться с Эболой». The Conversation .
  6. ^ "TGAC рассматривает первую портативную "лабораторию" секвенирования ДНК". EurekAlert! . 19 марта 2015 г.
  7. ^ "nanopore-wgs-consortium/NA12878". GitHub . Получено 2017-01-10 .
  8. ^ "Solanum pennellii (новый сорт) - PlabiPD". www.plabipd.de . Получено 10.01.2017 .
  9. ^ Cao MD, Ganesamoorthy D, Elliott AG, Zhang H, Cooper MA, Coin LJ (июль 2016 г.). «Потоковые алгоритмы для идентификации патогенов и потенциала устойчивости к антибиотикам с помощью секвенирования MinION(TM) в реальном времени». GigaScience . 5 (1): 32. bioRxiv 10.1101/019356 . doi : 10.1186/s13742-016-0137-2 . PMC 4960868 . PMID  27457073.  
  10. ^ Аммар Р., Патон ТА., Торти Д., Шлиен А., Бадер Г.Д. (2015). «Варианты и гаплотипы CYP2D6». F1000Research . 4 : 17. doi : 10.12688/f1000research.6037.2 . PMC 4392832. PMID  25901276 . 
  11. ^ «Нанопоровое секвенирование позволяет расшифровать последовательность ДНК и РНК». WhatisBiotechnology.org .
  12. ^ «Китайская компания Qitan Technology привлекла более 400 миллионов юаней в рамках финансирования серии B для разработки метода нанопорового секвенирования генов». geneonline.com . 23 июня 2021 г.
  13. ^ «MGI Tech запускает новые продукты для секвенирования нанопор с передовой технологией CycloneSEQ». MGI . 9 сентября 2024 г.
  14. ^ ab Varongchayakul N, Song J, Meller A, Grinstaff MW (ноябрь 2018 г.). «Ощущение одиночной молекулы белка в нанопоре: учебное пособие». Chemical Society Reviews . 47 (23): 8512–8524. doi :10.1039/C8CS00106E. PMC 6309966 . PMID  30328860. 
  15. ^ Talaga DS, Li J (июль 2009 г.). «Разворачивание одиночных молекул белка в твердотельных нанопорах». Журнал Американского химического общества . 131 (26): 9287–97. doi :10.1021/ja901088b. PMC 2717167. PMID  19530678 . 
  16. ^ abc Chen P, Gu J, Brandin E, Kim YR, Wang Q, Branton D (ноябрь 2004 г.). «Исследование транспорта одиночных молекул ДНК с использованием изготовленных нанопор». Nano Letters . 4 (11): 2293–2298. Bibcode :2004NanoL...4.2293C. doi :10.1021/nl048654j. PMC 4160839 . PMID  25221441. 
  17. ^ Si W, Aksimentiev A (июль 2017 г.). «Ощущение нанопорами сворачивания белков». ACS Nano . 11 (7): 7091–7100. doi :10.1021/acsnano.7b02718. PMC 5564329. PMID  28693322 . 
  18. ^ Красильников О.В.; Сабиров Р.З.; Терновский, В.И.; Мерзляк, П.Г.; Ташмухамедов, Б.А. Структура альфа-токсина Staphylococcus aureus, индуцирующего ионный канал. //Общая физиология и биофизика, Словения. —1988. —Т.7, —Н.5, —С.467—473
  19. ^ ab Liu Z, Wang Y, Deng T, Chen Q (2016-05-30). "Технология секвенирования ДНК на основе твердотельных нанопор". Журнал наноматериалов . 2016 : 1–13. doi : 10.1155/2016/5284786 .
  20. ^ Kasianowicz JJ, Brandin E, Branton D, Deamer DW (ноябрь 1996 г.). «Характеристика отдельных полинуклеотидных молекул с использованием мембранного канала». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (24): 13770–3. Bibcode : 1996PNAS...9313770K. doi : 10.1073/pnas.93.24.13770 . PMC 19421. PMID  8943010. 
  21. ^ ab Stoddart D, Heron AJ, Mikhailova E, Maglia G, Bayley H (май 2009). "Дискриминация отдельных нуклеотидов в иммобилизованных ДНК-олигонуклеотидах с биологической нанопорой". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (19): 7702–7. Bibcode : 2009PNAS..106.7702S. doi : 10.1073/pnas.0901054106 . PMC 2683137. PMID  19380741 . 
  22. ^ ab Purnell RF, Mehta KK, Schmidt JJ (сентябрь 2008 г.). «Идентификация нуклеотидов и ориентационная дискриминация гомополимеров ДНК, иммобилизованных в белковой нанопоре». Nano Letters . 8 (9): 3029–34. Bibcode :2008NanoL...8.3029P. doi :10.1021/nl802312f. PMID  18698831.
  23. ^ Clarke J, Wu HC, Jayasinghe L, Patel A, Reid S, Bayley H (апрель 2009 г.). «Непрерывная идентификация оснований для секвенирования ДНК с использованием нанопор одной молекулы». Nature Nanotechnology . 4 (4): 265–70. Bibcode : 2009NatNa...4..265C. doi : 10.1038/nnano.2009.12. PMID  19350039.
  24. ^ Reiner JE, Balijepalli A, Robertson JW, Drown BS, Burden DL, Kasianowicz JJ (декабрь 2012 г.). «Влияние диффузии на механизм секвенирования ДНК на основе экзонуклеазы/нанопор». Журнал химической физики . 137 (21): 214903. Bibcode : 2012JChPh.137u4903R. doi : 10.1063/1.4766363. PMC 4108639. PMID  23231259 . 
  25. ^ ab Stoddart D, Maglia G, Mikhailova E, Heron AJ, Bayley H (2010). «Множественные сайты распознавания оснований в биологической нанопоре: две головы лучше, чем одна». Angewandte Chemie . 49 (3): 556–9. doi :10.1002/anie.200905483. PMC 3128935 . PMID  20014084. 
  26. ^ abc Manrao EA, Derrington IM, Pavlenok M, Niederweis M, Gundlach JH (2011). "Распознавание нуклеотидов с ДНК, иммобилизованной в нанопоре MspA". PLOS ONE . 6 (10): e25723. Bibcode : 2011PLoSO...625723M. doi : 10.1371/journal.pone.0025723 . PMC 3186796. PMID  21991340 . 
  27. ^ Faller M, Niederweis M, Schulz GE (февраль 2004 г.). «Структура микобактериального наружно-мембранного канала». Science . 303 (5661): 1189–92. Bibcode :2004Sci...303.1189F. doi :10.1126/science.1094114. PMID  14976314. S2CID  30437731.
  28. ^ ab Butler TZ, Pavlenok M, Derrington IM, Niederweis M, Gundlach JH (декабрь 2008 г.). «Обнаружение одиночной молекулы ДНК с помощью сконструированной нанопоры белка MspA». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (52): 20647–52. Bibcode : 2008PNAS..10520647B. doi : 10.1073/pnas.0807514106 . PMC 2634888. PMID  19098105 . 
  29. ^ «Премии за передовые технологии секвенирования 2011 г.». Genome.gov .
  30. ^ Бринкерхофф, Х.; Канг, А.С.В.; Лю, Дж.; Аксиментьев, А.; Деккер, К. (4 ноября 2021 г.). «Множественные перечитывания отдельных белков с разрешением по одной аминокислоте с использованием нанопор». Science . 374 (6574): 1509–1513. Bibcode :2021Sci...374.1509B. doi :10.1126/science.abl4381. PMC 8811723 . PMID  34735217. S2CID  243761929. 
  31. ^ Карсон С., Вануну М. (февраль 2015 г.). «Проблемы управления движением ДНК и считывания последовательностей с использованием нанопоровых устройств». Нанотехнологии . 26 (7): 074004. Bibcode : 2015Nanot..26g4004C. doi : 10.1088/ 0957-4484 /26/7/074004. PMC 4710574. PMID  25642629. 
  32. ^ Chang S, Huang S, He J, Liang F, Zhang P, Li S и др. (март 2010 г.). «Электронные подписи всех четырех нуклеозидов ДНК в туннельной щели». Nano Letters . 10 (3): 1070–5. Bibcode :2010NanoL..10.1070C. doi :10.1021/nl1001185. PMC 2836180 . PMID  20141183. 
  33. ^ Sadki ES, Garaj S, Vlassarev D, Golovchenko JA, Branton D (2011). «Внедрение углеродной нанотрубки по диаметру твердотельной нанопоры». Журнал вакуумной науки и технологий B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления . 29 (5): 5. arXiv : 1308.1128 . Bibcode :2011JVSTB..29e3001S. doi :10.1116/1.3628602. S2CID  32097081.
  34. ^ Ivanov AP, Instuli E, McGilvery CM, Baldwin G, McComb DW, Albrecht T, Edel JB (январь 2011 г.). «Детектор туннелирования ДНК, встроенный в нанопору». Nano Letters . 11 (1): 279–85. Bibcode :2011NanoL..11..279I. doi :10.1021/nl103873a. PMC 3020087 . PMID  21133389. 
  35. ^ "Лаборатория Дрндича – Университет Пенсильвании". Архивировано из оригинала 29 ноября 2011 г. Получено 17 декабря 2011 г.
  36. ^ abcd McNally B, Singer A, Yu Z, Sun Y, Weng Z, Meller A (июнь 2010 г.). «Оптическое распознавание преобразованных нуклеотидов ДНК для секвенирования одиночной молекулы ДНК с использованием массивов нанопор». Nano Letters . 10 (6): 2237–44. Bibcode :2010NanoL..10.2237M. doi :10.1021/nl1012147. PMC 2883017 . PMID  20459065. 
  37. ^ Soni GV, Singer A, Yu Z, Sun Y, McNally B, Meller A (январь 2010 г.). «Синхронное оптическое и электрическое обнаружение биомолекул, проходящих через твердотельные нанопоры». The Review of Scientific Instruments . 81 (1): 014301–014301–7. Bibcode : 2010RScI...81a4301S. doi : 10.1063/1.3277116. PMC 2821415. PMID  20113116 . 
  38. ^ abc Liu, Mingxin; Clarke, Laurence J.; Baker, Susan C.; Jordan, Gregory J.; Burridge, Christopher P. (2019-12-30). «Практическое руководство по меташтрихкодированию ДНК для энтомологических экологов». Экологическая энтомология . 45 (3). Королевское энтомологическое общество ( Wiley : 373–385. doi : 10.1111/een.12831 . ISSN  0307-6946. S2CID  212923111. ORCID : (ML 0000-0003-0436-4058). (SCB 0000-0002-7593-0267).
  39. ^ abcdef Хамелин, Ричард К.; Роу, Аманда Д. (2019-09-10). «Геномный бионаблюдение за инвазивными инопланетными врагами в лесах: история, написанная в коде». Evolutionary Applications . 13 (1). Blackwell : 95–115. doi :10.1111/eva.12853. ISSN 1752-4571  . PMC 6935587. PMID  31892946. S2CID  202008520.  ORCID : RCH 0000-0003-4006-532X). (ADR 0000-0002-1953-6062).
  40. ^ abcd Кеннеди, Сьюзан Р.; Прост, Стефан; Оверкаст, Айзек; Ромингер, Эндрю Дж.; Джиллеспи, Розмари Г.; Крехенвинкель, Хенрик (2020-02-10). «Высокопроизводительное секвенирование для анализа сообществ: обещание ДНК-штрихкодирования раскрыть разнообразие, родство, численность и взаимодействия в сообществах пауков». Development Genes and Evolution . 230 (2). Springer : 185–201. doi :10.1007/s00427-020-00652-x. ISSN  0949-944X. PMC 7127999. PMID 32040713  .  ORCID : (SRK 0000-0002-1616-3985). (СП 0000-0002-6229-3596). (ИО 0000-0001-8614-6892). (AJR 0000-0003-3755-4480). (РГГ 0000-0003-0086-7424). (HK 0000-0001-5069-8601).
  41. ^ abc Лоулер, Ричард Р. (2018-10-21). «Возникающие и устойчивые проблемы в генетике сохранения приматов». Ежегодный обзор антропологии . 47 (1). Ежегодные обзоры: 395–415. doi : 10.1146/annurev-anthro-102317-050006 . ISSN  0084-6570. S2CID  149616699.
  42. ^ Саджир П., Мухаммад (29.03.2023). «Прорывные технологии: изучение этических, правовых, политических и социальных последствий технологии секвенирования нанопор». EMBO Reports . 24 (5): e56619. doi :10.15252/embr.202256619. ISSN  1469-221X. PMC 10157308. PMID 36988424.  S2CID 257803254  . 
  43. ^ Дэйви, С. (декабрь 2014 г.). «Секвенирование следующего поколения: рассмотрение этики». Международный журнал иммуногенетики . 41 (6): 457–462. doi : 10.1111/iji.12155 . PMID  25345691. S2CID  33081712.
  44. ^ Досталкова, Альжбета; Зденькова, Камила; Бартачкова, Яна; Чермакова, Элишка; Капищева Марина; Лопес Марин, Марко А.; Коуба, Войтех; Сикора, Петр; Чмель, Мартин; Бартош, Олдржих; Дреслер, Иржи; Демнерова, Катерина; Румлова, Микаэла; Бартачек, Ян (01 марта 2024 г.). «Распространенность вариантов SARS-CoV-2 в сточных водах Праги, определенная с помощью секвенирования на основе нанопор». Хемосфера . 351 : 141162. doi : 10.1016/j.chemosphere.2024.141162 . ISSN  0045-6535.
  45. ^ Bayley H (декабрь 2006 г.). «Секвенирование отдельных молекул ДНК». Current Opinion in Chemical Biology . 10 (6): 628–37. doi :10.1016/j.cbpa.2006.10.040. PMID  17113816.
  46. ^ Loman NJ, Watson M (апрель 2015 г.). «Успешный тестовый запуск для нанопорового секвенирования». Nature Methods . 12 (4): 303–4. doi :10.1038/nmeth.3327. PMID  25825834. S2CID  5604121.
  47. ^ Ashkenasy N, Sánchez-Quesada J, Bayley H, Ghadiri MR (февраль 2005 г.). «Распознавание одного основания в отдельной цепи ДНК: шаг к секвенированию ДНК в нанопорах». Angewandte Chemie . 44 (9): 1401–4. doi :10.1002/anie.200462114. PMC 1828035 . PMID  15666419. 
  48. ^ Winters-Hilt S, Vercoutere W, DeGuzman VS, Deamer D, Akeson M, Haussler D (февраль 2003 г.). "Высокоточная классификация пар оснований Уотсона-Крика на концах отдельных молекул ДНК". Biophysical Journal . 84 (2 Pt 1): 967–76. Bibcode :2003BpJ....84..967W. doi :10.1016/S0006-3495(03)74913-3. PMC 1302674 . PMID  12547778. 
  49. ^ Astier Y, Braha O, Bayley H (февраль 2006 г.). «К секвенированию одиночной молекулы ДНК: прямая идентификация рибонуклеозидных и дезоксирибонуклеозидных 5'-монофосфатов с использованием сконструированной белковой нанопоры, оснащенной молекулярным адаптером». Журнал Американского химического общества . 128 (5): 1705–10. doi :10.1021/ja057123+. PMID  16448145.
  50. ^ ab Rusk N (2009-04-01). "Дешевое секвенирование третьего поколения". Nature Methods . 6 (4): 244–245. doi : 10.1038/nmeth0409-244a . S2CID  18893754.

Обзоры