211service.com
Enklere genom-sekventering
En startup i Massachusetts kaldet Noblegen er ved at udvikle en forenklet version af nanopore-genom-sekventeringsteknologi - en teknik, der lover høj hastighed og lave omkostninger, men som normalt kræver komplekse instrumenter at udføre. Noblegen, grundlagt sidste forår, siger, at dets teknologis evne til direkte og hurtigt at læse DNA-sekvenser kan gøre det økonomisk muligt at bringe sekventeringsteknologi ind i kliniske laboratorier for at diagnosticere kræft og andre sygdomme.
Nanopore chip: Denne siliciumchip er kernen i et DNA-sekventeringsinstrument, der udvikles af startup Noblegen. I midten af chippen er en række af hundredvis af huller i nanoskala, hvorigennem lange DNA-sekvenser bevæger sig, mens de afbildes.
Noblegen CEO Frank Feist siger, at virksomhedens mål er at sekvensere med en hastighed på 1000 baser i sekundet. Virksomheden vil ikke afsløre detaljer om sine nuværende prototyper, men siger, at teknologien kan skaleres op til arrays på 400 gange 400 nanoporer, der sekvenserer over 500 gigabaser i timen - eller omkring et genom, dækket 30 gange på 15 minutter.
I dag tager det omkring en måned og $10.000 til $40.000 at sekventere et menneskeligt genom. Den næste generation af sekventeringsteknologier, der tilbydes af virksomheder, herunder Illumina og Pacific Biosciences, er nået meget langt, siger Jeffery Schloss, programdirektør for teknologiudvikling ved National Human Genome Research Institute, men de lader en del tilbage at ønske. Disse teknologier varierer, men generelt kræver de kompleks instrumentering. Der er også grænser for længden af de sekvenser, de kan læse, og de læser ikke disse sekvenser direkte. Dette påvirker både mængden af tid, det tager at sætte sekvensen sammen, og kvaliteten af dataene.
I over et årti har forskere arbejdet på nanopore-sekventering, som kunne eliminere disse problemer ved direkte at aflæse sekvensen af lange, ubearbejdede DNA-strenge. Princippet er at identificere hver base i sekvensen, da molekylet føres gennem et hul i nanoskala (eller nanopore) udstyret med en sensor.
Men det har været udfordrende at integrere alle delene og få dem til at fungere. For eksempel læser nogle systemer baserne ud ved at registrere deres elektriske felt; dette kræver et behandlingskredsløb for hver nanopore, og det er komplekst at integrere store arrays af sådanne systemer. Et firma, Oxford Nanopore, hævder at have fuldt udviklet et sådant system, men har ikke nævnt nogen produktlanceringsdatoer.
Noblegen bruger optisk billeddannelse til at identificere baserne. Dette tilføjer et trin i begyndelsen, men afvejningen er, at den nødvendige instrumentering til billeddannelse er meget enklere. Først konverterer Noblegen-forskerne genomisk DNA til en syntetisk version, der er mærket med fire forskellige fluorescerende farvestoffer, en for hver type base. Hver base i den oprindelige sekvens er repræsenteret af et fluorescensmærket segment i det syntetiske.
De syntetiske sekvenser aflæses derefter direkte af Noblegens relativt simple instrument. Den er baseret på en siliciumchip, der er boret for at skabe porer på kun få nanometer i diameter; chippen er oplyst af en billig laser. De lange syntetiske molekyler, som er ladede, trækkes gennem hullet af elektrostatiske kræfter. Men de kan ikke bevæge sig for hurtigt, fordi de fluorescerende etiketter er for store til at passe gennem poren. Når DNA'et bevæger sig gennem poren et segment ad gangen, springer etiketterne af og skaber et lysglimt. Dette lys er afbildet af en simpel CMOS-sensor som den i et digitalkamera.
Feist siger, at Noblegens mål er aggressivt at reducere omkostningerne og øge hastigheden af sekventering af hele genomer til et punkt, hvor det giver økonomisk mening for hospitalslaboratorier i de næste tre eller fire år. Vi ønsker at levere hele genomsekventering i [hospital]laboratoriet inden for sundhedssystemets økonomiske begrænsninger, siger han.
Boston University lab af Amit Meller, hvis teknologi NobleGen har licenseret, modtog 4,2 millioner dollars i finansiering fra National Human Genome Research Institute i september sidste år. Feist siger, at det kommer oven i $4,1 mio. i finansiering, som prof. Meller har modtaget siden 2001, som er gået til udvikling af nanopore-forbrugsvarer og instrumentering. Han tilføjer, at virksomheden skal bruge yderligere 15 millioner dollars for at udvikle en prototype i industriel skala.