幕後文章是與國家科學基金會合作提供給生活方面的。
第一個人類基因組花了13年和30億美元的生產。如今，遺傳學家可以在幾個月內以一小部分成本生成相同的信息。
隨著“下一代”基因測序儀開始在生命科學上留下自己的印記，世界各地的團隊正在競爭開發新的和改進的DNA測序儀，這些序列可以攝取核苷酸鹼基的束縛，並直接以低於1,000美元的價格“讀取”一個人的遺傳代碼。
醫學界預測，$ 1000的出現個人基因組將導致理解和治療疾病的重大變化。研究人員將能夠進行廣泛的比較研究，以將疾病與基因表達相關。化學家將設計遺傳靶向藥物，醫生將基於患者的特定遺傳處置。
伊利諾伊大學Urbana-Champaign（UIUC）的計算物理學家Aleksei Aksimentiev正在努力開發一種新型的音序器，這將使$ 1000基因組的夢想成為現實。
音序器使用電場將一條DNA驅動通過膜上的小孔或“納米孔”。如果可以控制此過程，則測序儀將能夠通過測量電流的變化來讀取基本對，因為每對穿過膜的孔。
一個很棒的概念 - 但是它起作用了嗎？
根據Aksimentiev的說法，還沒有。這些音序器的實驗設計受到嘈雜的信號，阻塞和DNA鹼基對的困擾，這些信號通過孔隙過快。
Aksimentiev說：“這種直觀的簡單物理圖片在實踐中不適用。”
由於實驗無法確切顯示納米孔內部發生的事情，因此Aksimentiev生產納米孔設計的原子模型，並使用國家科學基金會贊助的Ranger SuperCupter在德克薩斯州高級計算中心（TACC）。他的模擬揭示了DNA通過納米孔蠕動時的原子級運動，從而洞悉瞭如何改善系統的設計。
他說：“模擬解釋了哪些過程產生了我們衡量的信號。” Aksimentiev發現，直接測序DNA的關鍵要求是將鏈中的鏈保持在孔中的時間足夠長，以讀取其順序。
他說：“如果DNA移動得太快，那麼就無法讀出信號以區分鹼基對之間的差異。” “我們必須找到一種方法來捕獲DNA。”
Aksimentiev和他的同事認為他們找到了一種方法。
當DNA與電場接觸時，它會伸展。在膜的一側施加該田，將鏈壓成比通常適合的小孔。另一方面，關閉田野會導致DNA放鬆並將分子捕獲到孔中。通過脈沖田地，伸展和放鬆DNA，鏈以足夠慢的速度移動，逐個基底移動，以清晰地讀取。
該團隊於2009年申請了一項臨時專利，以設計能夠容納雙鏈DNA的第一個納米孔測序器。 Aleksei Aksimentiev，伊利諾伊大學的Urbana-Champaign}}
這種研究需要高性能計算系統，因為要區分四個DNA核苷酸所需的精確性，這僅有幾個原子。
“ Aksimentiev博士的模擬代表了我們的眼睛，” Aksimentiev的合作者兼巴黎圣母院電氣工程教授Greg Timp說。 “沒有他們，我們看不到。”
Aksimentiev的改進的納米孔設計有望大大降低基因測序成本，並相應地提高速度。這種測序師的發展將對醫學，生物學和人類健康產生重要的影響。
Aksimentiev說：“這將對我們理解和治療人類疾病的方式產生明顯的影響。” “每個人都能負擔得起他們的DNA序列。”
如果這聽起來像科幻小說，那麼您將不必等待很長時間才能了解情況。美國國家衛生研究院（NIH）設定了一個目標，即到2013年使用Nanobore測序儀生產1,000美元的基因組。
很快，我們都可以訪問我們的遺傳信息。我們對這些知識的作用還有待觀察。
這項工作得到了NIH的“革命基因組測序技術”計劃的贈款，以及NSF的“物理邊界中心”授予活細胞物理中心。
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編者註： 這項研究得到了國家科學基金會的支持（NSF），聯邦機構負責在科學和工程領域的所有領域資助基礎研究和教育。本材料中表達的任何觀點，發現和結論或建議都是作者的意見，不一定反映了國家科學基金會的觀點。看到幕後存檔。
