Технология ионного полупроводникового секвенирования

Включение дезоксирибонуклеотид трифосфата (dNTP) в растущую цепь ДНК происходит с образованием ковалентной связи и высвобождением пирофосфата и положительно заряженного иона водорода. dNTP будет включен, только если он комплементарен ведущему непарному нуклеотиду матричной цепи. Ионное полупроводниковое секвенирование основано на том факте, что при замене одного вида dNTP на другой высвобождается ион водорода.

В каждую микролунку на полупроводниковом чипе, содержащую одну подлежащую секвенированию одноцепочечную молекулу ДНК-матрицы и ДНК-полимеразу, последовательно заливаются немодифицированные A, C, G или Т dNTP. Если введенный dNTP комплементарен следующим непарным нуклеотидом на матричной цепи, он включается в растущую комплементарную цепь с помощью ДНК-полимеразы. Если введенный dNTP не комплементарен, реакции полимеризации не происходит. Ион водорода, который выделяется в реакции, изменяет рН раствора, которое обнаруживается ISFET. Не прореагировавшие молекулы dNTP вымываются перед следующим циклом, когда будут введены другие виды dNTP.

Под ион-чувствительным слоем микролунок расположены ISFET датчики. Все слои помещены на CMOS-чип, аналогичный широко используемым в электронной промышленности.

Каждый чип содержит массив микролунок с соответствующими ISFET датчиками. Каждый выделившийся ион водорода вызывает срабатывание ISFET датчика. Серия электрических импульсов, передаваемых от чипа к компьютеру, переводится в последовательность ДНК без промежуточного преобразования сигнала, поскольку электроника регистрирует непосредственно события включений нуклеотидов в цепочку, без использования меченых нуклеотидов и оптических измерений. Обработка сигналов и сборка последовательности ДНК может быть выполнена програмно.

Точность ионного полупроводникового секвенирования по состоянию на февраль 2011 года составила 99,6% при 50-нуклеотидной длине фрагмента (рида), 100 Мб на один проход. По состоянию на февраль 2011 года длина секвенируемых фрагментов составила 100 пар оснований. Точность чтения повторов длиной 5 нуклеотидов составила 98%. Следует отметить, что эти данные еще не были независимо проверены вне компании.