Preteky o rýchle sekvenovanie DNA naberajú obrátky

Rýchle a lacné sekvenovanie molekúl DNA, t. j. čítanie poradia báz (A, T, G, C) v DNA, je aktuálnou výzvou na rozvoj genomiky, biomedicínskych vedných oblastí a na využitie v medicínskej praxi. Vyvíjajú sa nové metódy sekvenovania, ktoré majú nahradiť staršie s cieľom efektívne získať čo najviac sekvenčných údajov. To je veľmi dôležité napr. pre získanie relevantných údajov v najmodernejšej diagnostickej praxi a efektívnej liečbe. Jedna z novších metód sekvenovania DNA je založená na princípe pretláčania reťazca molekuly DNA cez nanopórový otvor z bielkovinových molekúl. Na čítanie poradia báz v DNA využíva zmenu elektrického impulzu vyvolanú prechodom báz DNA cez nanopórový otvor (Vesmír 91, 163, 2012/2), čím sa umožňuje sekvenovanie neobyčajne dlhých fragmentov DNA.

Hoci sekvenovanie na princípe využitia nanopórov bolo publikované v odbornej literatúre už v polovici 90. rokov, skutočné využitie tejto technológie v praxi sa črtá až v súčasnosti. Firma Oxford Nanopore Technologies začiatkom tohto roka oznámila, že vyvinula dve zariadenia, jedno ako príručný minisekvenátor, druhé ako väčší laboratórny sekvenačný prístroj, ktoré sú schopné rýchle sekvenovať dlhé fragmenty DNA. Minisekvenátor vo forme modifikovaného USB kľúča, ktorý môže byť pripojený k notebooku alebo klasickému PC, má 500 nanopórových čipov na sekvenovanie DNA. Nanopórový čip číta poradie báz v molekule DNA rýchlosťou 20–400 báz za sekundu, pričom prečíta fragmenty DNA dlhé až desiatky tisíc nukleotidov. Napríklad genóm bakteriofága lambda dlhý 48 000 nukleotidov spracovalo toto zariadenie ako jeden kompletný fragment DNA. Pripomeňme, že terajšie sekvenátory dokážu prečítať fragmenty DNA dlhé iba niekoľko desiatok až tisíc nukleotidov. Príručný nanopórový minisekvenátor je síce len na jedno použitie, ale jeho cena sa pohybuje iba okolo 900 dolárov, čo je v porovnaní s terajšími megacenami sekvenátorov nízka položka. Väčší laboratórny sekvenátor má 2000 nanopórových čipov a za 24 hodín spracuje desiatky GB sekvenčných údajov. Už na budúci rok sa plánuje dokončenie vývoja sekvenátora s 8000 nanopórmi. Odborníci predpokladajú, že s využitím nanopórových sekvenátorov bude celý ľudský genóm prečítaný za 15 minút za 1500 dolárov a už na budúci rok môže cena tejto operácie klesnúť pod 1000 dolárov (Biotechniques, 23 February 2012). A to je už prijateľná suma aj pre praktické využitie nových sekvenátorov, napr. v medicíne.

Prvé sekvenovanie celého ľudského genómu, ktoré bolo v projekte HUGO dokončené v r. 2000, trvalo desať rokov a pracovalo na ňom množstvo špecializovaných vedeckých tímov z celého sveta. Ambiciózny projekt zhltol viac ako 3 miliardy dolárov. Odvtedy ale vývoj sekvenovania DNA pokračuje míľovými krokmi. Už v roku 2008 bolo možné uskutočniť sekvenciu celého ľudského genómu za niekoľko týždňov, pričom jej cena klesla na milión dolárov. Onedlho budeme nanopórovými sekvenátormi celý genóm poznať za desiatky minút za cenu asi 1000 dolárov. Problémom pri nanosekvenovaní zostáva ešte pomerne veľká chyba pri čítaní poradia báz v DNA (okolo 4 %), ale pracuje sa na jej znížení pod 1 %.

Ukazuje sa, že v priebehu niekoľkých rokov budú vytvorené podmienky na to, aby sa pacientovi pri návšteve lekára po odobratí krvi rýchle izolovala DNA z buniek, prečítal celý genóm a vyhodnotil jeho genetický profil. Táto genetická informácia poslúži na podstatne cielenejšiu a presne definovanú liečbu. Personalizovaná medicína je na prahu nemocníc a zaiste čoskoro vstúpi aj do lekárskych ordinácií.