211service.com
Prostsze sekwencjonowanie genomu
Startup z Massachusetts o nazwie Noblegen opracowuje uproszczoną wersję technologii sekwencjonowania genomu nanoporowego — techniki, która obiecuje dużą szybkość i niskie koszty, ale do jej przeprowadzenia zwykle potrzebne są złożone instrumenty. Firma Noblegen, założona wiosną ubiegłego roku, twierdzi, że zdolność jej technologii do bezpośredniego i szybkiego odczytu sekwencji DNA może sprawić, że wprowadzenie technologii sekwencjonowania do laboratoriów klinicznych w celu diagnozowania raka i innych chorób może być ekonomicznie opłacalne.
Układ nanoporowy: Ten krzemowy chip jest rdzeniem instrumentu do sekwencjonowania DNA, opracowanego przez start-up Noblegen. W centrum chipa znajduje się szereg setek otworów w nanoskali, przez które przemieszczają się długie sekwencje DNA podczas obrazowania.
Dyrektor generalny Noblegen, Frank Feist, mówi, że celem firmy jest sekwencjonowanie z szybkością 1000 zasad na sekundę. Firma nie ujawni szczegółów swoich obecnych prototypów, ale twierdzi, że technologię można by skalować do macierzy 400 na 400 nanoporów, które sekwencjonują ponad 500 gigabaz na godzinę – lub około jednego genomu, pokrytego 30 razy w ciągu 15 minut.
Dzisiaj sekwencjonowanie ludzkiego genomu zajmuje około miesiąca i 10 000 do 40 000 dolarów. Technologie sekwencjonowania nowej generacji oferowane przez firmy, w tym Illumina i Pacific Biosciences, przeszły bardzo długą drogę, mówi Jeffery Schloss, dyrektor programowy ds. rozwoju technologii w National Human Genome Research Institute, ale pozostawiają wiele do życzenia. Technologie te są różne, ale generalnie wymagają złożonego oprzyrządowania. Istnieją również ograniczenia dotyczące długości sekwencji, które mogą odczytać, i nie czytają tych sekwencji bezpośrednio. Ma to wpływ zarówno na czas potrzebny do złożenia sekwencji, jak i na jakość danych.
Od ponad dekady naukowcy pracują nad sekwencjonowaniem nanoporów, które może wyeliminować te problemy poprzez bezpośrednie odczytywanie sekwencji długich, nieprzetworzonych nici DNA. Zasada polega na identyfikacji każdej zasady w sekwencji, gdy cząsteczka przechodzi przez otwór w nanoskali (lub nanopor) wyposażony w czujnik.
Ale zintegrowanie wszystkich części i sprawienie, by działały, było wyzwaniem. Na przykład, niektóre systemy odczytują bazy, wyczuwając ich pole elektryczne; wymaga to obwodu przetwarzającego dla każdego nanopora, a integracja dużych macierzy takich systemów jest skomplikowana. Jedna firma, Oxford Nanopore, twierdzi, że w pełni opracowała taki system, ale nie podała żadnych dat wprowadzenia produktów na rynek.
Noblegen wykorzystuje obrazowanie optyczne do identyfikacji podstaw. To dodaje krok na początku, ale kompromis polega na tym, że oprzyrządowanie potrzebne do obrazowania jest znacznie prostsze. Po pierwsze, naukowcy z Noblegen przekształcają genomowy DNA w syntetyczną wersję, która jest oznaczona czterema różnymi barwnikami fluorescencyjnymi, po jednym dla każdego rodzaju zasady. Każda zasada w oryginalnej sekwencji jest reprezentowana przez jeden znakowany fluorescencyjnie segment w syntetycznym.
Sekwencje syntetyczne są następnie odczytywane bezpośrednio przez stosunkowo prosty instrument Noblegena. Opiera się na chipie krzemowym, który jest wywiercony w celu utworzenia porów o średnicy zaledwie kilku nanometrów; chip jest oświetlany niedrogim laserem. Długie syntetyczne cząsteczki, które są naładowane, są wciągane przez otwór przez siły elektrostatyczne. Ale nie mogą poruszać się zbyt szybko, ponieważ fluorescencyjne etykiety są zbyt duże, aby zmieścić się w porach. Gdy DNA przechodzi przez pory, segment po segmencie, etykiety odskakują, tworząc błysk światła. To światło jest obrazowane przez prosty czujnik CMOS, taki jak w aparacie cyfrowym.
Feist mówi, że celem Noblegen jest agresywne obniżenie kosztów i zwiększenie szybkości sekwencjonowania całych genomów do punktu, w którym będzie to opłacalne dla laboratoriów szpitalnych w ciągu najbliższych trzech lub czterech lat. „Chcemy dostarczyć sekwencjonowanie całego genomu w laboratorium [szpitalnym] w ramach ograniczeń finansowych systemu opieki zdrowotnej”, mówi.
Laboratorium Amita Mellera na Uniwersytecie Bostońskim, którego technologię uzyskało licencję NobleGen, otrzymało we wrześniu zeszłego roku dofinansowanie z Narodowego Instytutu Badań nad Genomem Ludzkim w wysokości 4,2 miliona dolarów. Feist mówi, że jest to ponad 4,1 miliona dolarów dofinansowania, które prof. Meller otrzymał od 2001 roku, które przeznaczono na opracowanie materiałów eksploatacyjnych i oprzyrządowania z nanoporami. Dodaje, że firma będzie potrzebować kolejnych 15 milionów dolarów na opracowanie prototypu na skalę przemysłową.