211service.com
Vienkāršāka genoma sekvencēšana
Masačūsetsas starta uzņēmums Noblegen izstrādā nanoporu genoma sekvencēšanas tehnoloģijas vienkāršotu versiju — paņēmienu, kas sola lielu ātrumu un zemas izmaksas, bet parasti prasa sarežģītus instrumentus. Noblegen, kas dibināta pagājušā gada pavasarī, saka, ka tās tehnoloģijas spēja tieši un ātri nolasīt DNS sekvences varētu padarīt ekonomiski pamatotu sekvencēšanas tehnoloģiju ieviešanu klīniskajās laboratorijās, lai diagnosticētu vēzi un citas slimības.
Nanopore mikroshēma: Šī silīcija mikroshēma ir DNS sekvencēšanas instrumenta kodols, ko izstrādā startup Noblegen. Mikroshēmas centrā ir simtiem nanomēroga caurumu masīvs, caur kuriem tiek attēlotas garas DNS sekvences.
Noblegen izpilddirektors Frenks Feists saka, ka uzņēmuma mērķis ir sekvencēt ar ātrumu 1000 bāzes sekundē. Uzņēmums neizpaudīs sīkāku informāciju par saviem pašreizējiem prototipiem, bet saka, ka tehnoloģiju varētu palielināt līdz 400 x 400 nanoporu masīviem, kas sekvencē vairāk nekā 500 gigabāzes stundā jeb aptuveni vienu genomu, kas aptver 30 reizes, 15 minūšu laikā.
Mūsdienās cilvēka genoma sekvencēšana aizņem apmēram mēnesi un 10 000 līdz 40 000 USD. Nākamās paaudzes sekvencēšanas tehnoloģijas, ko piedāvā uzņēmumi, tostarp Illumina un Pacific Biosciences, ir nogājuši ļoti garu ceļu, saka Džeferijs Šloss, Nacionālā cilvēka genoma pētniecības institūta tehnoloģiju attīstības programmas direktors, taču tās atstāj daudz ko vēlēties. Šīs tehnoloģijas atšķiras, taču kopumā tām ir nepieciešama sarežģīta instrumentācija. Ir arī ierobežojumi to secību garumam, kuras viņi var nolasīt, un viņi šīs secības nelasa tieši. Tas ietekmē gan laiku, kas nepieciešams secības salikšanai, gan datu kvalitāti.
Vairāk nekā desmit gadus pētnieki ir strādājuši pie nanoporu sekvencēšanas, kas varētu novērst šīs problēmas, tieši nolasot garu, neapstrādātu DNS virkņu secību. Princips ir identificēt katru secības bāzi, kad molekula tiek izvilkta caur nanomēroga caurumu (vai nanoporu), kas aprīkots ar sensoru.
Taču visu daļu integrēšana un darba nodrošināšana ir bijusi sarežģīta. Piemēram, dažas sistēmas nolasa bāzes, uztverot to elektrisko lauku; tam ir nepieciešama apstrādes ķēde katrai nanoporai, un lielu šādu sistēmu bloku integrēšana ir sarežģīta. Viens uzņēmums Oxford Nanopore apgalvo, ka ir pilnībā izstrādājis šādu sistēmu, taču nav nosaucis nevienu produkta izlaišanas datumu.
Noblegen izmanto optisko attēlveidošanu, lai identificētu bāzes. Tas pievieno soli sākumā, bet kompromiss ir tāds, ka attēlveidošanai nepieciešamie instrumenti ir daudz vienkāršāki. Pirmkārt, Noblegen pētnieki genoma DNS pārvērš sintētiskā versijā, kas ir marķēta ar četrām dažādām fluorescējošām krāsvielām, pa vienai katram bāzes veidam. Katra bāze sākotnējā secībā ir attēlota ar vienu fluorescējoši marķētu segmentu sintētiskajā.
Sintētiskās secības pēc tam tiek tieši nolasītas ar Noblegena salīdzinoši vienkāršu instrumentu. Tā pamatā ir silīcija mikroshēma, kas ir urbta, lai izveidotu poras, kuru diametrs ir tikai daži nanometri; mikroshēmu apgaismo lēts lāzers. Garās sintētiskās molekulas, kas ir uzlādētas, tiek izvilktas caur caurumu ar elektrostatisko spēku palīdzību. Bet tie nevar pārvietoties pārāk ātri, jo fluorescējošās etiķetes ir pārāk lielas, lai ietilptu porās. Kad DNS pārvietojas pa porām pa vienam segmentam, etiķetes nokrīt, radot gaismas zibspuldzi. Šo gaismu attēlo vienkāršs CMOS sensors, piemēram, digitālajā kamerā.
Feists saka, ka Noblegena mērķis ir agresīvi samazināt izmaksas un palielināt veselu genomu sekvencēšanas ātrumu līdz tādam līmenim, ka nākamajos trīs vai četros gados tas ir ekonomiski saprātīgi slimnīcu laboratorijām. Viņš saka, ka mēs vēlamies nodrošināt visa genoma sekvencēšanu [slimnīcas] laboratorijā veselības aprūpes sistēmas finansiālo ierobežojumu ietvaros.
Bostonas Universitātes Amita Mellera laboratorija, kuras tehnoloģiju NobleGen ir licencējusi, pagājušā gada septembrī saņēma 4,2 miljonus ASV dolāru finansējumu no Nacionālā cilvēka genoma pētniecības institūta. Feists saka, ka tas tiek papildināts ar finansējumu 4,1 miljona ASV dolāru apmērā, ko profesors Mellers ir saņēmis kopš 2001. gada, kas ir ieguldīts nanoporu palīgmateriālu un instrumentu izstrādē. Viņš piebilst, ka uzņēmumam būs nepieciešami vēl 15 miljoni dolāru, lai izstrādātu rūpnieciska mēroga prototipu.