211service.com
Jednodušší sekvenování genomu
Startup z Massachusetts s názvem Noblegen vyvíjí zjednodušenou verzi technologie sekvenování genomu nanopórů – techniku, která slibuje vysokou rychlost a nízké náklady, ale její provedení obvykle vyžaduje složité nástroje. Společnost Noblegen, založená loni na jaře, říká, že schopnost její technologie přímo a rychle číst sekvence DNA by mohla ekonomicky umožnit zavedení technologie sekvenování do klinických laboratoří k diagnostice rakoviny a dalších onemocnění.
Nanopore čip: Tento křemíkový čip je jádrem nástroje pro sekvenování DNA, který vyvíjí startup Noblegen. Uprostřed čipu je pole stovek děr v nanoměřítku, kterými při zobrazování putují dlouhé sekvence DNA.
Generální ředitel Noblegen Frank Feist říká, že cílem společnosti je sekvenovat rychlostí 1000 bází za sekundu. Společnost neprozradí podrobnosti o svých současných prototypech, ale říká, že technologii lze rozšířit až na pole 400 x 400 nanopórů, které sekvenují více než 500 gigabází za hodinu – nebo přibližně jeden genom, pokrytý 30krát, za 15 minut.
Dnes trvá sekvenování lidského genomu asi měsíc a 10 000 až 40 000 dolarů. Technologie sekvenování nové generace nabízené společnostmi včetně Illumina a Pacific Biosciences ušly velmi dlouhou cestu, říká Jeffery Schloss, programový ředitel pro vývoj technologií v Národním institutu pro výzkum lidského genomu, ale zanechávají slušnou částku, která je žádoucí. Tyto technologie se liší, ale obecně vyžadují složité přístrojové vybavení. Existují také omezení délky sekvencí, které mohou číst, a tyto sekvence nečtou přímo. To ovlivňuje jak dobu potřebnou k sestavení sekvence, tak kvalitu dat.
Již více než deset let vědci pracují na sekvenování nanopórů, které by mohly tyto problémy odstranit přímým čtením sekvence dlouhých, nezpracovaných řetězců DNA. Principem je identifikovat každou bázi v sekvenci, když je molekula provlečena otvorem v nanoměřítku (nebo nanopórem) vybaveným senzorem.
Ale integrovat všechny části a zajistit jejich fungování bylo náročné. Některé systémy například odečítají základny snímáním jejich elektrického pole; to vyžaduje procesní obvod pro každý nanopór a integrace velkých polí takových systémů je složitá. Jedna společnost, Oxford Nanopore, tvrdí, že takový systém plně vyvinula, ale neuvedla žádná data uvedení produktu na trh.
Noblegen používá optické zobrazování k identifikaci základen. To přidává krok na začátku, ale kompromisem je, že přístrojové vybavení potřebné pro zobrazování je mnohem jednodušší. Za prvé, vědci z Noblegen převedou genomickou DNA na syntetickou verzi, která je označena čtyřmi různými fluorescenčními barvivy, jedním pro každý typ báze. Každá báze v původní sekvenci je reprezentována jedním fluorescenčně značeným segmentem v syntetické.
Syntetické sekvence jsou pak přímo čteny Noblegenovým relativně jednoduchým nástrojem. Je založen na křemíkovém čipu, který je vyvrtán tak, aby vytvořil póry o průměru pouhých několika nanometrů; čip je osvětlen levným laserem. Dlouhé syntetické molekuly, které jsou nabité, jsou taženy otvorem elektrostatickými silami. Nemohou se však pohybovat příliš rychle, protože fluorescenční štítky jsou příliš velké, aby se vešly přes póry. Jak se DNA pohybuje pórem po jednom segmentu, štítky odskakují a vytvářejí záblesk světla. Toto světlo je snímáno jednoduchým snímačem CMOS, jako je ten v digitálním fotoaparátu.
Feist říká, že cílem Noblegenu je agresivně snížit náklady a zvýšit rychlost sekvenování celých genomů do bodu, kdy to bude mít ekonomický smysl pro nemocniční laboratoře v příštích třech nebo čtyřech letech. Chceme poskytnout sekvenování celého genomu v [nemocniční] laboratoři v rámci finančních omezení systému zdravotní péče, říká.
Laboratoř Bostonské univerzity Amita Mellera, na jejíž technologii má NobleGen licenci, loni v září obdržela finanční prostředky ve výši 4,2 milionu dolarů od Národního institutu pro výzkum lidského genomu. Feist říká, že jde o finanční prostředky ve výši 4,1 milionu dolarů, které prof. Meller obdržel od roku 2001 a které šly do vývoje spotřebního materiálu a přístrojového vybavení nanopórů. Dodává, že společnost bude potřebovat dalších 15 milionů dolarů na vývoj prototypu v průmyslovém měřítku.