Helicos BioSciences: Sequenza di Heliscope per sintesi

La Helicos BioSciences Corporation traccia le sue radici su un documento pubblicato nell'aprile 2003, negli Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS), dal professore Cal Tech e dall'autore primario Dr. Steve Quake. Il documento descrive lo sviluppo preliminare di una tecnica per sequenziare i DNA di una molecola derivata dal metodo Sanger per sequenziamento per sintesi . Utilizzando la nuova tecnica, i segnali fluorescenti sono stati utilizzati per rilevare i trifosfati di nucleotidi etichettati incorporati su modelli di DNA legati a una diapositiva di quarzo.

Nonostante i limiti della sensibilità, della velocità e della dimensione della sequenza ottenibile, il nuovo metodo di sequenziamento descritto in PNAS è stato nuovo e ha dimostrato sufficienti promesse per catturare l'occhio dei venture capitalisti che si sono avvicinati al professore di investire in la sua tecnologia. Doveva esserci qualcosa sulla tecnica che gli investitori di impresa cercavano come

questo è stato il primo , secondo un membro del personale di lunga data e Senior Director of Research, il dottor Timothy Harris … investitori di venture don Di solito ci si avvicina agli scienziati, è l'altro modo ! La pubblicazione PNAS è stata rilasciata il 1 ° aprile 2003, il primo ciclo di finanziamento per una nuova impresa è stato avviato il 19 dicembre 2003 e il 2 gennaio 2004 Helicos ha aperto le sue porte con 5 dipendenti, tra cui il dottor Harris, uno specialista sulla scienza della misurazione e la tecnologia a singola molecola. Helicos è attualmente situata a Cambridge MA, USA e, dopo 2 turni di finanziamento degli investimenti, e da un IPO il 27 maggio 2007, è ora quotata al pubblico con

NASDAQ: HLCS

.

Helicos si specializza in tecnologie di analisi genetica, in particolare una tecnologia True Sequencing a Singolo Moleculo (tSMS

TM

) validata con la sequenza della M13 genoma del virus come descritto in Science Magazine nell'aprile 2008. La piattaforma specializzata tSMS ^TM utilizza il HeliScope ^TM Single Molecule Sequencer . ^{Secondo il dottor Harris, questo particolare progetto è stato avviato nel gennaio 2004 e nel giugno 2005 avevano sequenziato con successo il virus M13, una sequenza medica rilevante descritta nel documento scientifico.}

Come funziona tSMS

TM

Funziona?

Un filo di DNA di circa 100-200 coppie di base viene tagliato in frammenti più piccoli utilizzando enzimi di restrizione e sono aggiunti ^poliA code. I fili abbreviati vengono poi ibridati alla piastra della cella di flusso Helicos, che ha miliardi di catene

polyT legate alla sua superficie. Ogni modello ibrido viene sequenziato contemporaneamente. Pertanto è possibile leggere miliardi per run. L'etichettatura viene eseguita in "quads" costituiti da 4 cicli ciascuno, per ciascuna delle 4 basi nucleotidiche.Si aggiungono basi con etichette fluorescenti e un laser nello strumento illumina l'etichetta, prendendo una lettura di quali filamenti hanno occupato quella particolare base etichettata. L'etichetta viene quindi ceduta e il ciclo successivo inizia con una nuova base. Dopo che la cella di flusso è stata trattata con ogni base (4 cicli), il quad è completato e un nuovo inizia ancora con la base nucleotidica iniziale.

Attualmente l'HeliScope TM

può leggere frammenti di circa 55 coppie in lunghezza. Più basi nella sequenza, minore è la percentuale di fili utilizzabili in un campione, perché alcuni filamenti cessano di allungare durante il processo.

Per letture di 20 o più basi, può essere utilizzato circa l'86% dei fili. Per letture più lunghe (55 coppie di base) questa percentuale scende a circa il 50%. ^{Advantage Single-Molecule} Mentre diverse altre aziende offrono varie tecnologie di sequenziamento per-sintesi con piattaforme a elevata produttività, diversi reagenti diversi, a costi paragonabili e per brevi letture di 25-40 paia di base, solo Helicos legge la sequenza di DNA un nucleotide alla volta con la tecnica brevettata di etichettatura sufficientemente sensibile per consentire la lettura di una sola molecola. Altri metodi richiedono che il DNA venga amplificato (utilizzando PCR) per fare più (milioni) di copie prima del sequenziamento. Introduce il potenziale di un significativo grado di inesattezza dovuto agli errori di elaborazione da parte degli enzimi polimerasi durante l'amplificazione.

A partire dall'aprile 2008, HeliScopeTM è stato in grado di sequenziare miliardi di basi nucleotidiche al giorno.

Helicos è membro della Coalizione della Medicina Personalizzata e ha ricevuto un finanziamento di sovvenzione di

"genoma di $ 1000"

. Il genoma di $ 1000 in un giorno è un obiettivo proiettato che richiederà che il sequencer elabori miliardi di basi all'ora. Attualmente, il sequenziatore prototipo richiederebbe anni per identificare un intero genoma, che costerebbe molto più di $ 1000.

Le applicazioni per la tecnologia tSMSTM sono molte, tra cui la rilevazione di varianti genetiche in esseri umani e altre specie per determinare le cause della malattia, la resistenza agli antibiotici nei batteri, la virilità nei virus e altro ancora. La capacità di individuare un singolo gene senza amplificazione ha molti usi potenziali nella microbiologia ambientale, poiché le tecniche genetiche sono spesso utilizzate per rilevare microrganismi vitali e non coltivabili o quelli presenti nel suolo e altre matrici che vietano l'isolamento con metodi attuali. Inoltre, la natura dei campioni ambientali presenta spesso difficoltà per l'amplificazione genica utilizzando PCR, a causa di problemi di contaminazione. Tuttavia, anche queste difficoltà dovrebbero essere superate in modo che gli enzimi della polimerasi utilizzati in tSMSTM funzioni senza interferenze. La teoria dietro la sequenza di singole molecole è abbastanza fondamentale, e si potrebbe chiedersi come mai nessuno abbia mai pensato prima. Anche se sembra abbastanza semplice, ci sono molte componenti tecniche coinvolte nello sviluppo di tali piattaforme, e molte sfide per tenere Helicos occupato, tra cui lo sviluppo di nuove reazioni chimiche e reagenti, piatti e lettori ad alta velocità.La capacità di rilevare la fluorescenza di un'unica etichetta su una singola base richiede strumentazione altamente sensibile

e la chimica per l'etichettatura e il rilevamento dei segnali deve essere giusto per

ridurre al minimo l'interferenza e ottimizzare la fedeltà di la DNA polimerasi in quanto viene applicata a template immobilizzati e nucleotidi etichettati. Queste sono alcune delle sfide affrontate da Helicos in quanto continua a sviluppare questa tecnologia sperando di somministrare un giorno il genoma umano di $ 1, 000.