Helicos BioSciences: Heliscope Sequencing oleh Synthesis

Helicos BioSciences Corporation menerangkan akarnya pada kertas yang diterbitkan pada bulan April 2003, dalam Prosiding Akademi Sains Kebangsaan (PNAS), oleh profesor Cal Tech dan pengarang utama Dr. Steve Quake. Makalah ini menggambarkan perkembangan awal teknik untuk sekatan DNA molekul tunggal yang diperolehi daripada kaedah Sanger untuk sequencing-by-synthesis . Menggunakan teknik baru, isyarat kalimantang digunakan untuk mengesan berlabel trifosfat nukleotida yang dimasukkan ke dalam templat DNA yang terikat pada slaid kuarza.

Meskipun batasan kepekaan, kelajuan dan saiz urutan yang boleh diperolehi, kaedah penjujukan baru yang diterangkan dalam PNAS adalah novel dan menunjukkan janji yang mencukupi untuk menangkap mata kapitalis teroka yang mendekati profesor mengenai pelaburan dalam teknologinya. Harus ada sesuatu mengenai teknik yang dicari oleh para pelabur seperti ini adalah yang pertama , menurut seorang ahli kakitangan lama dan Pengarah Penyelidikan Kanan, Dr. Timothy Harris … biasanya tidak mendekati saintis, itu sebaliknya sekitar !

Penerbitan PNAS dikeluarkan pada 1 April 2003, pusingan pertama pembiayaan untuk sebuah syarikat baru telah dimulakan pada 19 Disember 2003, dan pada 2 Januari 2004, Helicos membuka pintu dengan 5 pekerja, termasuk Dr. Harris, pakar dalam sains pengukuran dan teknologi molekul tunggal. Helicos kini terletak di Cambridge MA, Amerika Syarikat dan, selepas 2 pusingan pembiayaan pelaburan, dan sebagai IPO pada 27 Mei 2007, kini kini diniagakan di bawah NASDAQ: HLCS .

Helicos mengkhusus dalam teknologi analisis genetik, terutamanya teknologi Sequencing Single-Molecule Benar (tSMS ^TM ) , disahkan dengan penjujukan M13 genom virus seperti diterangkan dalam majalah Science pada April 2008. Platform tSMS ^TM khusus menggunakan HeliScope ^TM Sequencer Molecule Single . Menurut Dr. Harris, projek khusus ini bermula pada bulan Januari 2004, dan pada bulan Jun 2005 mereka telah berjaya mengesahkan virus M13, urutan perubatan yang dijelaskan dalam kertas sains.

Bagaimana tSMS

TM ^Kerja? Satu helai DNA kira-kira 100-200 pasangan asas dipotong menjadi serpihan yang lebih kecil menggunakan enzim sekatan, dan

polyA ekor ditambah. Lembar yang dipendekkan kemudian dihijrkan ke plat sel aliran Helicos, yang mempunyai berbilion rantai polyT terikat pada permukaannya. Setiap template hibridisasi dijujukan sekaligus. Oleh itu, berbilion-bilion setiap run boleh dibaca. Pelabelan dilakukan di "quads" yang terdiri daripada 4 siklus masing-masing, untuk setiap 4 asas nukleotida.Pangkalan berlabel fluoresen ditambah, dan laser dalam instrumen menerangi label, mengambil bacaan yang mana helai telah mengambil asas berlabel tertentu. Label kemudian dibelah, dan kitaran seterusnya bermula dengan pangkalan baru. Selepas sel aliran telah dirawat dengan setiap pangkalan (4 kitaran), quad selesai, dan yang baru bermula semula dengan asas nukleotida awal.

Pada masa ini, HeliScope

TM ^{boleh membaca serpihan DNA kira-kira 55 pasangan asas panjangnya. Lebih banyak pangkalan dalam urutan, semakin rendah peratusan helai yang boleh digunakan dalam sampel, kerana beberapa helai berhenti memanjang semasa proses.} Untuk membaca 20 atau lebih asas, kira-kira 86% helai boleh digunakan. Untuk bacaan lebih lanjut (55+ pasangan asas) peratusan ini turun kepada kira-kira 50%.

Keuntungan Single-Molecule

Sedangkan beberapa syarikat lain menawarkan pelbagai teknologi penjujukan-demi-sintesis dengan platform saluran tinggi, pelbagai reagen yang berlainan, pada kos yang setanding, dan untuk bacaan pendek 25-40 pasangan asas, hanya Helicos sahaja yang membaca urutan DNA satu nukleotida pada satu masa dengan teknik pelabelan yang dipatenkan yang cukup sensitif untuk membolehkan bacaan pada molekul tunggal. Kaedah lain menghendaki DNA diperkuat (menggunakan PCR) untuk membuat beberapa (juta) salinan sebelum penjujukan. Ia memperkenalkan potensi untuk tahap ketidaktepatan yang ketara kerana kesilapan pemprosesan oleh enzim polimerase semasa amplifikasi.

Sehingga April 2008, HeliScopeTM dilaporkan dapat menjejaki miliaran asas nukleotida setiap hari.

Helicos adalah ahli Koalisi Perubatan Peribadi dan telah menerima dana bantuan "$ 1000 genom"

. Genom $ 1000 dalam satu hari adalah matlamat yang diunjurkan yang memerlukan pengatur cara memproses berbilion-bilion basis setiap jam. Pada masa ini, penggandaan prototaip akan mengambil masa beberapa tahun untuk mengenal pasti keseluruhan genom, yang akan menelan kos lebih daripada $ 1000. Aplikasi untuk teknologi tSMSTM banyak, termasuk pengesanan varian genetik pada manusia dan spesies lain untuk menentukan penyebab penyakit, ketahanan antibiotik pada bakteria, kejantanan virus dan banyak lagi. Keupayaan untuk mengesan gen tunggal tanpa amplifikasi mempunyai banyak penggunaan yang berpotensi dalam mikrobiologi alam sekitar, kerana teknik genetik sering digunakan untuk mengesan mikroorganisma yang tidak boleh dipupuk, atau yang terdapat dalam tanah dan matriks lain yang melarang pengasingan oleh kaedah semasa. Tambahan pula, sifat sampel persekitaran sering memberi kesukaran untuk penguatan gen menggunakan PCR, kerana masalah pencemaran. Walau bagaimanapun, kesukaran ini juga perlu diatasi agar enzim polimerase yang digunakan dalam tSMSTM berfungsi tanpa gangguan. Teori di sebalik penjujukan molekul tunggal cukup asas, dan anda mungkin tertanya-tanya mengapa tiada siapa yang memikirkannya sebelumnya. Walaupun ia cukup mudah, terdapat banyak komponen teknikal yang terlibat dalam membangunkan platform sedemikian, dan banyak cabaran untuk memastikan Helicos sibuk, termasuk perkembangan reaksi kimia dan reagen, plat dan pembaca melalui proses yang tinggi.Keupayaan untuk mengesan pendarfluasan label tunggal pada asas tunggal memerlukan alat sangat sensitif

, dan kimia untuk pelabelan dan mengesan isyarat perlu tepat untuk

meminimumkan gangguan dan mengoptimumkan kesetiaan polimerase DNA kerana ia digunakan untuk templat imobilized dan berlabel nukleotida. Ini adalah beberapa cabaran yang dihadapi oleh Helicos kerana ia terus membangunkan teknologi ini dengan harapan suatu hari dapat menyampaikan genom manusia 1 hari, $ 1000.