Helicos BioSciences: Heliscopesekvensering av syntese

Helicos BioSciences Corporation sporer sine røtter til et papir publisert i april 2003, i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), av Cal Tech professor og primær forfatter Dr. Steve Quake. Papiret beskrev den foreløpige utviklingen av en teknikk for enkeltmolekylær DNA-sekvensering avledet fra Sanger-metoden for sekvensering ved syntese . Ved hjelp av den nye teknikken ble fluorescerende signaler benyttet for å detektere merkede nukleotidtrifosfater innarbeidet på DNA-maler bundet til et kvartsslid.

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 hans teknologi. Det må ha vært noe om teknikken som var hva venture investorer ser etter som dette var en første , ifølge en langvarig medarbeider og Senior Director of Research, Dr. Timothy Harris … venture investorer don Jeg nærmer vanligvis forskerne, det er omvendt !

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 sine 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 den nå offentlig handel under NASDAQ: HLCS .

Helicos spesialiserer seg på genetisk analyse teknologi, 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 sekvensert M13-viruset, en medisinsk relevant sekvens, beskrevet i Vitenskapspapiret.

Hvordan fungerer tSMS ^TM Arbeid?

En streng av DNA om 100-200 basepar kuttes i mindre fragmenter ved hjelp av restriksjonsenzymer, og polyA haler blir tilsatt. De forkortede strengene hybridiseres deretter til Helicos-strømningscelleplaten, som har milliarder av 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.

I øyeblikket kan HeliScope ^TM lese DNA-fragmenter med 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%. Mens flere andre selskaper tilbyr ulike sekvenserings-ved-syntese teknologier med høye gjennomføringsplattformer, ulike reagenser, til sammenlignbare kostnader, og for korte lesninger av 25-40 basepar, leser bare Helicos DNA-sekvensen ett nukleotid av gangen med deres patenterte merketeknikk som er sensitiv nok til å tillate leser 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 rapportert i stand til å sekvensere milliarder av nukleotidbaser per dag.

Helicos er medlem av Personalized Coalition for personlig medisin og har mottatt

"$ 1000 genom"

stipendfinansiering. $ 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 vil 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, blant annet utvikling av nye kjemiske reaksjoner og reagenser, plater og høye gjennomlesere.Evnen til å oppdage fluorescens av en enkelt etikett på en enkelt base krever

ekstremt følsom instrumentering

, og kjemien for merking og registrering av signaler trenger bare å minimere interferens og optimalisere pålitelighet av DNA-polymerasen som den påføres på immobiliserte maler og merkede 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.