Helicos BioSciences: Heliscosekvenssekvensering ved syntese

Helicos BioSciences Corporation sporer sine rødder til et papir, der blev offentliggjort i april 2003, i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), af Cal Tech professor og primær forfatter Dr. Steve Quake. Papiret beskrev den foreløbige udvikling af en teknik til enkeltmolekylær DNA-sekventering afledt af Sanger-metoden til sekventering ved syntese . Ved anvendelse af den nye teknik blev fluorescerende signaler brugt til at detektere mærkede nukleotidtriphosphater inkorporeret på DNA-skabeloner bundet til et kvartsslid.

På trods af begrænsninger i følsomheden, hastigheden og størrelsen af ​​opnåelig sekvens var den nye sekvenseringsmetode beskrevet i PNAS ny og viste tilstrækkeligt løfte om at få fat i øjnene af venturekapitalister, der henvendte sig til professoren om at investere i hans teknologi. Der skal have været noget om den teknik, som venturevirksomhederne søgte som

dette var en første , ifølge en langtidspersonale og Senior Director of Research, Dr. Timothy Harris … venture investorer don Det går normalt ikke til forskerne, det er omvendt !

PNAS-publikationen blev udgivet den 1. april 2003, den første finansieringsrunde for et nyt selskab blev indledt 19. december 2003 og den 2. januar 2004 åbnede Helicos sine døre med 5 medarbejdere, herunder Dr. Harris, en specialist inden for måleforskning og single molecule teknologi. Helicos er i øjeblikket beliggende i Cambridge MA, USA, og efter 2 runder af investeringsfinansiering og fra en børsnotering den 27. maj 2007 er den nu offentligt handlet under

NASDAQ: HLCS .

Helicos har specialiseret sig i genetiske analyseteknologier, især en

True Single-Molecule Sequencing (tSMS TM ⁾ teknologi, valideret med sekventeringen af ​​M13 virusgenomet som beskrevet i Science Magazine i april 2008. Den specialiserede tSMS TM ^{platform bruger} HeliScope TM ^{Single Molecule Sequencer} . Ifølge Dr. Harris blev dette særlige projekt påbegyndt i januar 2004, og i juni 2005 havde de succesfuldt sekventeret M13-viruset, en medicinsk relevant sekvens, der er beskrevet i videnskabspapiret.

Hvordan virker tSMS

TM ^Arbejde? En streng af DNA omkring 100-200 basepar skæres i mindre fragmenter under anvendelse af restriktionsenzymer, og

polyA haler tilsættes. De forkortede tråde hybridiseres derefter til Helicos-strømningscellepladen, som har milliarder af polyT kæder bundet til dens overflade. Hver hybridiseret skabelon sekventeres på én gang. Derfor kan billioner pr. Løb læses. Mærkning udføres i "quads" bestående af 4 cykler hver for hver af de 4 nukleotidbaser.Fluorescerende mærkede baser tilsættes, og en laser i instrumentet belyser mærkningen og tager en aflæsning af hvilke tråde der har optaget den pågældende mærkede base. Mærkaten spaltes derefter, og den næste cyklus begynder med en ny base. Efter at flowcellen er blevet behandlet med hver base (4 cykler), er quad'en færdig, og en ny begynder igen med den indledende nukleotidbase.

I øjeblikket kan HeliScope

TM ^{læse DNA-fragmenter på ca. 55 basepar i længde. Jo flere baser i sekvensen, jo lavere procentdel af tråde, der kan anvendes i en prøve, fordi nogle tråde ophører med at forlænge under processen.} For læsninger med 20 eller så baser kan omkring 86% af trådene anvendes. I længere tid (55+ basepar) falder denne procentdel til ca. 50%.

Den enkeltmolekylære fordel

Mens flere andre virksomheder tilbyder forskellige sekvenserings-ved-syntese teknologier med high-throughput-platforme, forskellige reagenser, til sammenlignelige omkostninger og for korte læsninger på 25-40 basepar, læser kun Helicos DNA-sekvensen et nukleotid ad gangen med deres patenterede mærkningsteknik, der er følsom nok til at tillade læsning på et enkelt molekyle. Andre metoder kræver, at DNA'et amplificeres (ved anvendelse af PCR) for at gøre flere (millioner) eksemplarer forud for sekventering. Det introducerer potentialet for en signifikant grad af unøjagtighed på grund af behandlingsfejl ved polymeraseenzymer under amplifikation.

Fra april 2008 var HeliScopeTM angiveligt i stand til at sekvensere milliarder nukleotidbaser pr. Dag.

Helicos er medlem af Personlig Medicinsk Koalition og har modtaget

"$ 1000 genom" tilskud. $ 1000-genomet på en dag er et projiceret mål, der ville kræve, at sequenceren behandler milliarder af baser pr. Time. I øjeblikket ville prototypesekvenseren tage år at identificere et helt genom, som ville koste meget mere end $ 1000. Applikationerne til tSMSTM teknologi er mange, herunder påvisning af genetiske varianter hos mennesker og andre arter til bestemmelse af sygdomsårsager, antibiotikaresistens i bakterier, virilitet i virus og meget mere. Evnen til at detektere et enkelt gen uden amplifikation har mange potentielle anvendelser i miljømikrobiologi, da genetiske teknikker ofte bruges til at detektere levedygtige, ikke-kulturelle mikroorganismer eller dem, der findes i jord og andre matricer, der forbyder isolering ved hjælp af de nuværende metoder. Desuden udgør naturprøven af ​​miljøprøver ofte vanskeligheder med genforstærkning ved anvendelse af PCR på grund af forureningsproblemer. Disse vanskeligheder vil imidlertid også skulle overvindes for at polymeraseenzymerne, der anvendes i tSMSTM, kan virke uden indblanding.

Teorien bag single-molekyl sekventering er ret grundlæggende, og man kan undre sig over, hvorfor ingen tidligere har tænkt på det. Selvom det lyder simpelt nok, er der mange tekniske komponenter involveret i udviklingen af ​​sådanne platforme og mange udfordringer, der kan holde Helicos optaget, herunder udvikling af nye kemiske reaktioner og reagenser, plader og høj gennemlæsningslæsere.Evnen til at detektere fluorescens af en enkelt etiket på en enkelt base kræver

yderst følsom instrumentering , og kæden til mærkning og detektion af signaler behøver bare lige at minimere interferens og optimere troværdighed af DNA-polymerasen som den påføres til immobiliserede skabeloner og mærkede nukleotider. Dette er nogle af de udfordringer, som Helicos står over for, da det fortsætter med at udvikle denne teknologi i håb om en dag at levere det $ 1000, 1-dages menneskelige genom.