211service.com
100 USD Genoms
Pašlaik cilvēka genoma sekvencēšana maksā aptuveni 60 000 USD, un dažas pētniecības grupas cer nākamo trīs gadu laikā sasniegt 1000 USD lielu genomu. Bet divi uzņēmumi, Pilnīga genomika un BioNanomatrix , sadarbojas, lai radītu jaunu pieeju, kas sekvencētu jūsu genomu par mazāku cenu nekā jauka džinsu pāra cena, un tehnoloģija varētu nolasīt visu genomu vienā darba dienā. Pirms 10 gadiem par šo projektu būtu bijis absolūti neiespējami domāt, saka Radoje Drmanac , Complete Genomics galvenais zinātniskais darbinieks, kas atrodas Mauntinvjū, Kalifornijā.
Lēta secība: Garu DNS molekulu vītņošana caur nano izmēra kanāliem uz īpaši izgatavotas mikroshēmas varētu nodrošināt lētāku DNS sekvencēšanas veidu. Šajā attēlā redzama BioNanomatrix izstrādātā vafele. Katrs taisnstūris ir nanoanalizatora mikroshēma, kas izklāta ar 50 000 kanāliem.
Jaunākie skaitļi par cilvēka genoma sekvencēšanu ir USD 60 000 aptuveni sešu nedēļu laikā, kā ziņoja Lietišķās biosistēmas pagājušajā mēnesī. (Tas ir mazāks par USD 3 miljardiem cilvēka genoma projektam, kas tika sekvencēts, izmantojot tradicionālās metodes un tika pabeigts 2003. gadā, un apmēram USD 1 miljonam Džeimsa Vatsona genomam, kas sekvencēts, izmantojot jaunāku, augstas caurlaidības pieeju un izlaists pagājušajā gadā.) Taču zinātnieki ir joprojām cīnās, lai izstrādātu metodes, kas ir pietiekami ātras un lētas, lai ikviens varētu sekvencēt savus genomus, tādējādi patiesi ievadot personalizētās medicīnas laikmetu.
Lielākā daļa esošo tehnoloģiju nosaka DNS secību ar vienu burtu vienlaikus. Taču Complete Genomics mērķis ir paātrināt procesu, atklājot veselus vārdus, katrs sastāv no pieciem DNS burtiem. Drmanac salīdzina tehnoloģiju ar Google meklēšanu, kas vaicā teksta datu bāzi ar atslēgvārdiem. Vēl vairāk paātrinot procesu ar jaunu ķīmiju un nanoražošanas sasniegumiem, uzņēmumi izstrādās ierīci, kas var vienlaikus nolasīt vairāku genomu secību vienā mikroshēmā.
Lai veiktu jauno sekvencēšanu, zinātnieki vispirms ģenerē visas iespējamās piecu burtu DNS segmentu kombinācijas, ņemot vērā četrus burtus vai bāzes, kas veido visu DNS. Šie segmenti ir marķēti ar dažāda veida fluorescējošiem marķieriem un grupās pievienoti vienas ķēdes DNS molekulai. Kad konkrēts segments sakrīt ar secību nolasāmajā DNS virknē, tas saistās ar šo molekulas daļu. Pēc tam specializēta kamera uzņem attēlu — dažādi fluorescējošie signāli norāda secību noteiktos punktos gar DNS virkni. Procesu atkārto ar dažādām piecu burtu DNS kombinācijām, līdz tiek sekvencēta visa hromosoma. Šī pieeja ir iespējama, jo nesen ir pieejama lēta DNS sintēze, kas padara šo DNS segmentu bibliotēku ģenerēšanu daudz efektīvāku.
Katra DNS molekula tiks vītņota nanofluidikas ierīcē, ko izgatavojis Filadelfijā bāzētais BioNanomatrix un kas izklāta ar sīku kanālu rindām. Šaurais kanālu platums — aptuveni 100 nanometri — liek normāli sajauktai DNS atritināties, ierindojoties kā vilciens garā tunelī un sniedzot pētniekiem skaidru priekšstatu par molekulu. Tā kā mēs varam izstiept DNS, mēs varam iegūt milzīgu informācijas daudzumu no katra aplūkotā DNS gabala, saka Maiks Boiss-Jacino , BioNanomatrix izpilddirektors. Lielā atšķirība no jebkuras citas pieejas ir tā, ka mēs skatāmies uz fizisko atrašanās vietu, tajā pašā laikā mēs skatāmies secības informāciju. Pašlaik izmantotās sekvencēšanas metodes sekvencē mazus DNS fragmentus un pēc tam aprēķina katra fragmenta atrašanās vietu, kas ir laikietilpīgāks un prasa atkārtotu secību.
Uzņēmumiem joprojām ir garš ceļš līdz 100 USD genomam. BioNanomatrix jau ir parādījis, ka esošo mikroshēmu kanālos var ievietot garus DNS gabalus, kuru garums ir divi miljoni burtu. Bet tagad pētniekiem ir jāizstrādā mikroshēmas ar daudz vairāk kanālu, lai vienlaikus varētu sekvencēt vairāku genomu DNS.
Galvenais Complete Genomics šķērslis būs viegli un precīzi noteikt fluorescējošu etiķešu ģenerēšana. Lielākā daļa pašreizējo metožu šo problēmu novērš, izveidojot daudzas vienas un tās pašas DNS molekulas kopijas un vienlaikus veicot to sekvencēšanu, tādējādi palielinot signāla un trokšņa attiecību. Taču šī pieeja ierobežo sekvencējamā DNS gabala garumu un palielina izmaksas, palielinot reakcijai nepieciešamo ķīmisko vielu daudzumu.
Projekts ir daļa no Uzlaboto tehnoloģiju programma , ko finansē Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts, lai veicinātu jaunu, augsta riska tehnoloģiju attīstību. Šogad Complete Genomics izlaiž komerciālu produktu, kura pamatā ir līdzīga ķīmija, taču uzņēmums ir atteicies sniegt sīkāku informāciju par tā statusu.
Tehnoloģija, kas nepieciešama, lai sasniegtu 100 USD lielu genomu, joprojām ir vismaz piecu gadu attālumā, saka Džordža baznīca , ģenētiķis Hārvardas Medicīnas skolā Bostonā un Complete Genomics zinātniskās konsultatīvās padomes loceklis. Taču [to] nāk no uzņēmuma, kura šogad iznāk gandrīz tikpat laba tehnoloģija.
Abi Drmanac un Boyce-Jacino teikt, ka viena no lielākajām viņu tehnoloģiju priekšrocībām būs spēja sekvencēt ļoti garas DNS virknes. Mūsdienās izmantotās jaunākās sekvencēšanas tehnoloģijas nolasa DNS diezgan īsos spurtos, no aptuveni 30 līdz 200 burtiem, kurus pēc tam savieno kopā ar datoru. Šī pieeja labi darbojas dažiem lietojumiem, piemēram, zināma genoma atkārtotai sekvencēšanai. Taču arvien vairāk pētījumu liecina, ka nelielām DNS strukturālajām izmaiņām, piemēram, īsu sekvenču dzēšanai vai inversijām, ir nozīmīga loma cilvēka mainīgumā. Džefs Pils , tehnoloģiju attīstības programmas direktors Nacionālajā cilvēka genoma pētniecības centrā Bethesdā, MD. Tos ir daudz grūtāk uztvert ar īsu lasījumu.
Ilgāki lasījumi arī ļaus zinātniekiem aplūkot ģenētisko variāciju kolekcijas, kas ir mantotas kopā, kas pazīstamas kā haplotipi. Šāda veida analīze var noteikt, vai konkrēta ģenētiskā variācija ir nodota no indivīda mātes vai tēva. Jaunākie pētījumi liecina, ka dažos gadījumos mātes vai tēva mantojums var ietekmēt slimības smagumu. Izmantojot jaunus rīkus, lai labāk izsekotu mantojuma modeļiem, zinātnieki var atklāt, ka šī parādība ir biežāka, nekā tika uzskatīts iepriekš. Tas ir viens no iemesliem, kāpēc mēs ceram, ka vairākas no jaunajām metodēm ļaus ilgstoši lasīt, saka Šloss.