توالی‌یابی نانوحفره‌ای در طول سه دهه گذشته به مقرون به‌صرفه‌ترین و کارآمدترین روش برای توالی‌یابی DNA تبدیل شده است. این روش که شامل عبور دادن رشته‌های DNA از میان یک غشای حاوی حفره‌ای با قطر تنها چند نانومتر است، می‌تواند توالی‌های DNA بسیار طولانی‌تری را نسبت به روش‌های سنتی بخواند. توالی‌یابی نانوحفره‌ای به دانشمندان اجازه می‌دهد تا بخش‌های پیچیده ژنوم را تجزیه و تحلیل کنند، اما در حالی که این روش در تجزیه و تحلیل DNA عالی است، برای مولکول‌های زیستی دیگر که می‌توانند نشانگر بیماری‌ها باشند، کار نمی‌کند.
توالی‌یابی نانوحفره‌ای ترکیبات زیستی مختلف را هم شناسایی می‌کند
به تازگی محققان امپریال کالج لندن راهی برای دور زدن این محدودیت یافته‌اند. آنها با استفاده از قطعات کوچک DNA به‌عنوان بارکد برای مولکول‌های زیستی، از قدرت توالی‌یابی نانوحفره‌ای برای شناسایی ده‌ها بیومارکر بیماری در نمونه‌های خون استفاده کرده‌اند. در مقاله ای که در ۲۵ سپتامبر در مجله Nature Nanotechnology منتشر شد، این تیم نشان داد که این راهبرد می‌تواند به طور همزمان ۴۰ نشانگر زیستی را از سرم خون انسان، از جمله پروتئین‌ها، قطعات کوچک RNA به‌نام microRNA، و مواد شیمیایی منتقل شده توسط سلول‌های مغز (انتقال‌دهنده‌های عصبی) را شناسایی کند.
محققان نشان می‌دهند که روش آنها می‌تواند ۴۰ نشانگر زیستی مختلف را در نمونه‌های خون انسان شناسایی کند. اما آنها در حال حاضر روی شناسایی ۱۰۰ نشانگر کار می‌کنند.
این پیشرفت دری را به روی پزشکی شخصی باز می‌کند و می‌تواند به پزشکان اجازه دهد سرطان و بیماری قلبی را به طور دقیق تشخیص دهند و درمان را برای بیماران سفارشی کنند. الکساندر ایوانوف، استاد شیمی در امپریال کالج لندن و یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی، می‌گوید: «بسیاری از اجزای این فناوری قبلاً وجود داشته است. این هم افزایی در کنار هم قرار دادن همه این اجزاء بود که این کار را مهم می‌کند. این دستاورد شامل دقت توالی‌یابی، توانایی کنترل حمل و نقل آنالیت و همچنین عناصر یادگیری ماشینی برای بازسازی سیگنال می‌شود.
ایوانوف می‌گوید سایر مولکول‌های زیستی یا آنقدر کوچک هستند که توسط توالی‌یابی نانوحفره‌ای قابل شناسایی نیستند، یا آنقدر بزرگ هستند که از آنها عبور نمی‌کنند. او می‌گوید، حتی اگر آنها بتوانند از میان این حفره‌ها عبور کنند، سیگنال‌های تولید شده توسط توالی‌یابی می‌توانند غیر اختصاصی باشند. به‌عنوان مثال، دو پروتئین می‌توانند امضاهای الکترونیکی مشابهی داشته باشند اما عملکردهای بیولوژیکی کاملاً متفاوتی داشته باشند.
برای حل این مشکل، این تیم تکه‌های DNA کوچکی به طول ۳۰ نوکلئوتید ساختند که مانند بارکدهای منحصر به فرد برای نشانگرهای زیستی مختلف عمل می‌کردند. آنها هر بارکد را به مولکول‌های «کاوشگر» ویژه‌ای متصل کردند که به نشانگرهای زیستی بیماری خاص متصل می‌شوند، خواه یک پروتئین باشد یا یک انتقال‌دهنده عصبی یا ماده دیگری. پس از افزودن این کاوشگرهای بارکد DNA به نمونه خون، محققان آن را از طریق توالی یابی نانوحفره خواندند.
ایوانوف می‌گوید: «ما از این کاوشگرها برای کشف مولکول‌های مورد علاقه در نمونه استفاده می‌کنیم. ما می‌دانیم کدام بارکد مربوط به کدام کاوشگر است. این ابزار به ما امکان می‌دهد تشخیص دهیم که آیا یک مولکول در محلول وجود دارد یا نه. به نوعی ما در حال انگشت نگاری از آنچه در داخل محلول است هستیم.»
