Ledere i enkeltmolekylteknologi
Til tross for begrensninger i følsomheten, hastigheten og størrelsen på oppnåelig sekvens, var den nye sekvenseringsmetoden beskrevet i PNAS ny og viste tilstrekkelig løfte om å få øye på venturekapitalister som nærmet seg professoren om å investere i sin teknologi. Det må ha vært noe om teknikken som var det risikofaktoren investorer leter etter, da dette var en første , ifølge en langvarig medarbeider og senior forskningsdirektør, Dr. Timothy Harris ... venture investorer vanligvis ikke tilnærming forskerne, det er den andre veien !
PNAS-publikasjonen ble utgitt 1. april 2003, den første finansieringsrunden for et nytt selskap ble startet 19. desember 2003 og den 2. januar 2004 åpnet Helicos dørene med 5 ansatte, inkludert Dr. Harris, en spesialist på målevitenskap og single molecule teknologi. Helicos ligger for tiden i Cambridge MA, USA, og etter 2 runder investeringsfinansiering, og fra en børsnotering 27. mai 2007, er det nå offentligshandlet under NASDAQ: HLCS .
Helicos spesialiserer seg på genetiske analyseteknologier, spesielt en True Single-Molecule Sequencing (tSMS TM ) teknologi, validert med sekvenseringen av M13 virusgenomet som beskrevet i Science Magazine i april 2008. Den spesialiserte tSMS TM- plattformen bruker HeliScope TM Single Molecule Sequencer .
Ifølge Dr. Harris ble dette spesielle prosjektet startet i januar 2004, og i juni 2005 hadde de suksessivt sekventert M13-viruset, en medisinsk relevant sekvens, beskrevet i Science paper.
Hvordan fungerer tSMS TM ?
En streng av DNA omkring 100-200 basepar kuttes i mindre fragmenter ved bruk av restriksjonsenzymer , og polyA- haler blir tilsatt. De forkortede strengene hybridiseres deretter til Helicos-strømningscelleplaten, som har milliarder polyT- kjeder bundet til overflaten. Hver hybridisert mal er sekvensert på en gang. Derfor kan milliarder per løp leses. Merking utføres i "quads" bestående av 4 sykluser hver for hver av de 4 nukleotidbaser. Fluorescerende merkede baser legges til, og en laser i instrumentet belyser etiketten og tar en les av hvilke tråder som har tatt opp den spesielle merkede basen. Etiketten blir deretter spaltet, og neste syklus begynner med en ny base. Etter at strømningscellen er blitt behandlet med hver base (4 sykluser), er quad fullført, og en ny begynner igjen med den innledende nukleotidbase.
Foreløpig kan HeliScope TM lese DNA-fragmenter på omtrent 55 basepar i lengde. Jo flere baser i sekvensen, desto lavere prosentandel av tråder som kan brukes i en prøve, fordi noen tråder slutter å forlenge seg under prosessen.
For leser med 20 eller så grunnlag, kan ca 86% av trådene brukes. For lengre leser (55 + basepar) faller denne prosentandelen til ca. 50%.
Den enklemolekylære fordel
Mens flere andre selskaper tilbyr ulike sekvenserings-til-syntese teknologier med høye gjennomføringsplattformer, forskjellige reagenser, til sammenlignbare kostnader og for korte lesninger av 25-40 basepar, leser bare Helicos DNA-sekvensen ett nukleotid av gangen med deres patenterte merkingsteknikk som er følsom nok til å tillate lesing på et enkelt molekyl. Andre metoder krever at DNA blir forsterket (ved hjelp av PCR ) for å lage flere (millioner) eksemplarer før sekvensering. Den introduserer potensialet for en betydelig grad av unøyaktighet på grunn av behandlingsfeil ved polymerase- enzymer under amplifikasjon.
Fra april 2008 ble HeliScopeTM angivelig i stand til å sekvensere milliarder av nukleotidbaser per dag.
Helicos er medlem av Personalized Medicine Coalition og har mottatt "$ 1000 genom" stipend finansiering. $ 1000-genomet på en dag er et projisert mål som vil kreve at sequenceren skal behandle milliarder baser per time. For tiden vil prototypesekvenseren ta år å identifisere et helt genom, som ville koste mye mer enn $ 1000.
Søknadene om tSMSTM-teknologi er mange, inkludert deteksjon av genetiske varianter hos mennesker og andre arter for å bestemme sykdomsårsaker, antibiotikaresistens i bakterier, virus i virus og mer. Evnen til å oppdage et enkelt gen uten forsterkning har mange mulige anvendelser i miljømikrobiologi, da genetiske teknikker ofte brukes til å oppdage levedyktige, ikke-kulturelle mikroorganismer eller de som finnes i jord og andre matriser som forbyr isolasjon ved hjelp av nåværende metoder. Videre presenterer naturen av miljøprøver ofte vanskeligheter for genforsterkning ved bruk av PCR på grunn av forurensningsspørsmål. Imidlertid må disse vanskelighetene også overvinnes for at polymerase-enzymer som brukes i tSMSTM, skal fungere uten forstyrrelse.
Teorien bak enkeltmolekyleresekvensering er ganske grunnleggende, og du kanskje lurer på hvorfor ingen har tenkt på det før. Selv om det høres enkelt ut, er det mange tekniske komponenter som er involvert i å utvikle slike plattformer, og mange utfordringer for å holde Helicos opptatt, inkludert utvikling av nye kjemiske reaksjoner og reagenser, plater og høye gjennomlæsere. Evnen til å detektere fluorescens av en enkelt etikett på en enkelt base krever meget sensitiv instrumentering , og kjemien for merking og deteksjon av signaler må bare være rett for å minimere interferens og optimalisere pålitelighet av DNA-polymerasen som den påføres på immobiliserte maler og merket nukleotider. Dette er noen av utfordringene som Helicos står overfor, da det fortsetter å utvikle denne teknologien i håp om en dag å levere det $ 1000, 1-dagers menneskelige genom.