Helicos BioSciences: Heliscopesekvensering genom syntes

Helicos BioSciences Corporation spårar sina rötter till ett papper som publicerades i april 2003, i Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS), av Cal Tech professor och primär författare Dr Steve Quake. Papperet beskrev den preliminära utvecklingen av en teknik för DNA-sekvensbestämning med en molekyl, härledd från Sanger-metoden för sekvensering vid syntes . Med användning av den nya tekniken användes fluorescerande signaler för detektering av märkta nukleotidtrifosfater inkorporerade på DNA-mallar bundna till en kvartsslid.

Trots begränsningar i känsligheten, hastigheten och storleken på den erhållna sekvensen var den nya sekvenseringsmetoden som beskrivs i PNAS ny och visade ett tillräckligt löfte att fånga öga på riskkapitalister som närmade sig professorn om att investera i hans teknik. Det måste ha varit något om tekniken som var det som satsar investerare som detta var en första , enligt en lång anställd och senior forskningsdirektör, dr Timothy Harris … venture investors don Vanligtvis närmar sig forskarna, det är tvärtom !

PNAS-publikationen släpptes den 1 april 2003, den första finansieringsrundan för ett nytt företag inleddes 19 december 2003 och den 2 januari 2004 öppnade Helicos sina dörrar med 5 anställda, däribland Dr. Harris, en specialist på mätvetenskap och molekylteknik. Helicos är för närvarande belägen i Cambridge MA, USA och efter 2 runda investeringsfinansiering och från en börsintroduktion den 27 maj 2007 är det nu offentligt handlas under NASDAQ: HLCS .

Helicos specialiserar sig på genetisk analysteknik, i synnerhet en True Single-Molecule Sequencing (tSMS ^TM ) -teknologi, validerad med sekvenseringen av M13 virusgenomet som beskrivs i Science Magazine i april 2008. Den specialiserade tSMS ^TM -plattformen använder HeliScope ^TM Single Molecule Sequencer .

Enligt Dr. Harris, började detta speciella projekt i januari 2004 och i juni 2005 hade de framgångsrikt sekventerat M13-viruset, en medicinskt relevant sekvens, som beskrivs i vetenskapligt papper.

Hur fungerar tSMS ^TM Work?

En DNA-sträng ca 100-200 baspar skärs i mindre fragment med användning av restriktionsenzymer och polyA svans läggs till. De förkortade strängarna hybridiseras därefter till Helicos-flödescellplattan, vilken har miljarder av polyT -kedjor bundna till dess yta. Varje hybridiserad mall är sekvenserad på en gång. Därför kan miljarder per löpning läsas. Märkning utförs i "quads" bestående av 4 cykler vardera, för var och en av de 4 nukleotidbaserna.Fluorescerande märkta baser läggs till och en laser i instrumentet belyser etiketten och tar en läs av vilka strängar som har tagit upp den särskilda märkta basen. Märkningen splittras sedan, och nästa cykel börjar med en ny bas. Efter att flödescellen har behandlats med varje bas (4 cykler) är quaden fullständig och en ny börjar igen med den ursprungliga nukleotidbasen.

För närvarande kan HeliScope ^TM läsa DNA-fragment med ungefär 55 baspar i längd. Ju fler baser i sekvensen desto lägre procentandel av strängar som kan användas i ett prov, eftersom vissa strängar upphör att förlängas under processen.

För läser med 20 eller så baser kan omkring 86% av strängarna användas. För längre läsning (55 + baspar) minskar denna procentandel till ca 50%.

Enstaka molekylfördelar

Medan flera andra företag erbjuder olika sekvenserings-för-syntetsteknologier med höga plattformar, olika reagenser, jämförbara kostnader och för korta läsningar av 25-40 baspar, läser endast Helicos DNA-sekvensen en nukleotid i taget med sin patenterade märkningsteknik som är känslig nog för att tillåta läser på en enda molekyl. Andra metoder kräver att DNA förstärks (med användning av PCR) för att göra flera (miljoner) exemplar före sekvensering. Det introducerar potentialen för en signifikant grad av oriktighet på grund av bearbetningsfel genom polymerasenzymer under amplifiering.

Från och med april 2008 kunde HeliScopeTM rapporteras kunna sekvensera miljarder nukleotidbaser per dag.

Helicos är medlem i Personal Coalition och har fått "1000 $ genom" bidragsfinansiering. $ 1000-genomet på en dag är ett projicerat mål som skulle kräva att sequencer ska bearbeta miljarder bas per timme. För närvarande skulle prototypsekvenseraren ta år att identifiera ett helt genom, vilket skulle kosta mycket mer än $ 1000.

Applikationerna för tSMSTM-teknik är många, inklusive detektering av genetiska varianter hos människor och andra arter för att bestämma orsakerna till sjukdom, antibiotikaresistens i bakterier, virilitet i virus och mer. Förmågan att detektera en enda gen utan förstärkning har många möjliga användningsområden inom miljömikrobiologi, eftersom genetiska tekniker ofta används för att upptäcka livskraftiga, icke-kulturella mikroorganismer eller de som finns i jord och andra matriser som förbjuder isolering med nuvarande metoder. Dessutom ger naturen av miljöprover ofta svårigheter för genförstärkning genom att använda PCR på grund av föroreningsproblem. Dessa svårigheter skulle emellertid också måste övervinnas för att polymerasenzymerna som användes i tSMSTM skulle fungera utan störning.

Teorin bakom enmolekylsekvensering är ganska grundläggande, och du kanske undrar varför ingen har tänkt på det tidigare. Även om det låter enkelt, finns det många tekniska komponenter som är inblandade i att utveckla sådana plattformar och många utmaningar för att hålla Helicos upptagen, bland annat utveckling av nya kemiska reaktioner och reagenser, plattor och högavläsare.Förmågan att detektera fluorescens av en enda etikett på en enda bas kräver högkänslig instrumentering och kemi för märkning och detektering av signaler behöver bara rätt till minimera störningar och optimera trovärdighet av DNA-polymeraset som det appliceras på immobiliserade mallar och märkta nukleotider. Det här är några av de utmaningar som Helicos står inför eftersom det fortsätter att utveckla denna teknik i hopp om att någonsin leverera det 1000-dagars mänskliga genomet.