211service.com
Enklare genomsekvensering
En startup i Massachusetts som heter Noblegen utvecklar en förenklad version av nanopore-genomsekvenseringsteknik - en teknik som lovar hög hastighet och låga kostnader men som vanligtvis kräver komplexa instrument att utföra. Noblegen, som grundades i våras, säger att dess teknologis förmåga att direkt och snabbt läsa DNA-sekvenser kan göra det ekonomiskt möjligt att ta med sekvenseringsteknik till kliniska laboratorier för att diagnostisera cancer och andra sjukdomar.
Nanopore chip: Detta kiselchip är kärnan i ett DNA-sekvenseringsinstrument som utvecklas av startup Noblegen. I mitten av chipet finns en rad hundratals hål i nanoskala genom vilka långa DNA-sekvenser färdas medan de avbildas.
Noblegen VD Frank Feist säger att företagets mål är att sekvensera med en hastighet av 1000 baser per sekund. Företaget kommer inte att avslöja detaljer om sina nuvarande prototyper, men säger att tekniken kan skalas upp till arrayer på 400 gånger 400 nanoporer som sekvenserar över 500 gigabaser i timmen - eller ungefär ett genom, täckt 30 gånger, på 15 minuter.
Idag tar det ungefär en månad och $10 000 till $40 000 att sekvensera ett mänskligt genom. Nästa generations sekvenseringsteknologier som erbjuds av företag inklusive Illumina och Pacific Biosciences har kommit väldigt långt, säger Jeffery Schloss, programchef för teknikutveckling vid National Human Genome Research Institute, men de lämnar en hel del att önska. Dessa tekniker varierar, men i allmänhet kräver de komplex instrumentering. Det finns också begränsningar för längden på sekvenserna de kan läsa, och de läser inte dessa sekvenser direkt. Detta påverkar både hur lång tid det tar att sätta ihop sekvensen och kvaliteten på data.
I över ett decennium har forskare arbetat med nanopore-sekvensering, vilket skulle kunna eliminera dessa problem genom att direkt avläsa sekvensen av långa, obearbetade DNA-strängar. Principen är att identifiera varje bas i sekvensen när molekylen träs genom ett hål i nanoskala (eller nanopor) utrustat med en sensor.
Men att integrera alla delar och få dem att fungera har varit utmanande. Till exempel läser vissa system ut baserna genom att känna av deras elektriska fält; detta kräver en bearbetningskrets för varje nanopore, och det är komplicerat att integrera stora arrayer av sådana system. Ett företag, Oxford Nanopore, säger sig ha fullt utvecklat ett sådant system, men har inte nämnt några produktlanseringsdatum.
Noblegen använder optisk avbildning för att identifiera baserna. Detta lägger till ett steg i början, men avvägningen är att den instrumentering som behövs för avbildning är mycket enklare. Först omvandlar Noblegen-forskarna genomiskt DNA till en syntetisk version som är märkt med fyra olika fluorescerande färgämnen, en för varje typ av bas. Varje bas i den ursprungliga sekvensen representeras av ett fluorescensmärkt segment i det syntetiska.
De syntetiska sekvenserna läses sedan direkt av Noblegens relativt enkla instrument. Den är baserad på ett kiselchip som är borrat för att skapa porer på bara några nanometer i diameter; chipet är upplyst av en billig laser. De långa syntetiska molekylerna, som laddas, dras genom hålet av elektrostatiska krafter. Men de kan inte röra sig för snabbt, eftersom de fluorescerande etiketterna är för stora för att passa genom poren. När DNA:t rör sig genom poren ett segment i taget, hoppar etiketterna av och skapar en ljusblixt. Detta ljus avbildas av en enkel CMOS-sensor som den i en digitalkamera.
Feist säger att Noblegens mål är att aggressivt sänka kostnaderna och öka hastigheten för att sekvensera hela genom till en punkt där det är ekonomiskt vettigt för sjukhuslaboratorier under de kommande tre eller fyra åren. Vi vill leverera helgenomsekvensering i [sjukhus]labbet inom hälso- och sjukvårdens ekonomiska begränsningar, säger han.
Boston University-labbet av Amit Meller, vars teknologi NobleGen har licensierat, fick 4,2 miljoner dollar i finansiering från National Human Genome Research Institute i september förra året. Feist säger att det kommer utöver 4,1 miljoner dollar i finansiering som prof. Meller har fått sedan 2001, vilket har gått till utveckling av förbrukningsmaterial och instrumentering av nanoporer. Han tillägger att företaget kommer att behöva ytterligare 15 miljoner dollar för att utveckla en prototyp i industriell skala.