211service.com
Genomet på $30?
I en tid då det långvariga målet med ett genom på 1 000 dollar fortfarande är utom räckhåll, lovar en fysiker från Harvard University ett ännu billigare pris – möjligheten att sekvensera ett mänskligt genom för bara 30 dollar. David Weitz och hans team anpassar mikrofluidikteknik som använder små droppar, en strategi som utvecklats i hans labb, till DNA-sekvensering. Även om forskarna ännu inte har sekvenserat DNA, har de framgångsrikt demonstrerat delar av processen och bildat en startup, GnuBio, för att kommersialisera tekniken. Weitz presenterade resultaten vid Consumer Genomics Conference i Boston förra veckan.
Droppe för droppe: Droppar som rör sig ner i en mikrofluidikkammare injiceras med reagens, färgade här i svart.
Weitzs team hade tidigare utvecklat ett sätt att skapa pikoliterdroppar av vatten, som fungerar som små provrör. Dropparna kan flyttas runt exakt på ett mikrofluidikchip, injiceras med kemikalier och sorteras efter färg. (Tekniken har kommersialiserats av RainDance Technologies , som Weitz var med och grundade 2004. Företaget marknadsför droppteknologin för att amplifiera utvalda regioner av DNA.)
Eftersom dropparna är så små kräver de mycket mindre volymer av kemikalierna som används i sekvenseringsreaktionen än vad nuvarande teknologier gör. Dessa reagenser utgör den största kostnaden för sekvensering, och de flesta uppskattningar av kostnaden för att sekvensera ett mänskligt genom med en viss teknologi beräknas med hjälp av kostnaden för kemikalierna. Baserat enbart på reagens, uppskattar Weitz att de kommer att kunna sekvensera ett mänskligt genom 30 gånger för $30. (Eftersom sekvensering är benägen att göra fel, måste forskare sekvensera ett antal gånger för att generera en korrekt avläsning.)
Kostnaden för sekvensering har sjunkit exponentiellt under de senaste fem åren, vilket möjliggör en mycket bredare tillämpning av tekniken för att studera människors hälsa och sjukdomar, jordbruk och mikrobiell mångfald. Den nuvarande kostnaden för att sekvensera ett mänskligt genom är bara några tusen dollar, även om företag som utför servicen debiterar mellan 20 000 och 48 000 dollar. Ett antal företag tävlar om att utveckla ännu billigare teknologier.
I Weitzs tillvägagångssätt injiceras droppar med korta DNA-strängar av en känd sekvens, och dessa strängar är märkta med en optisk streckkod. Bitar av provet med en okänd sekvens injiceras också i dropparna - om provet har en sekvens som är komplementär till den kända strängen kommer de två bitarna att binda, vilket utlöser en färgförändring. Upprepa detta 1 000 gånger med 1 000 olika kända strängar och du kan generera sekvensen av 1 000 bokstäver av DNA, säger Weitz.
Både den optiska streckkoden och färgförändringen detekteras med hjälp av ett mikroskop och en kamera med automatisk detekteringsprogramvara. Weitz säger att de kan producera och bearbeta en miljon droppar per sekund.
Hittills har teamet haft lite finansiering för att utveckla tekniken. Av denna anledning har de endast utfört några steg i processen, såsom hybridiseringsreaktionen som beskrivs ovan.
GnuBio säkrar för närvarande riskfinansiering, enligt medgrundaren John Boyce, tidigare chef för affärsutveckling på Helicos, ett annat Cambridge-baserat sekvenseringsföretag. GnuBio-forskare siktar på att leverera en betaversion av tekniken till två kunder senare i år. Det kommer inte att kunna sekvensera ett mänskligt genom, men kortare sekvenser är fortfarande av värde, säger Weitz. Priset på 45 000 USD kommer instrumentet att vara betydligt billigare än andra på marknaden.
Att översätta tekniken på forskningsstadiet till en kommersiell produkt kommer sannolikt att bli en stor utmaning. George kyrka , en pionjär inom sekvenseringsteknik vid Harvard, som sitter i GnuBios vetenskapliga rådgivande styrelse, förutspår att de största hindren kommer att vara att integrera de olika stegen i sekvensering, såsom provförberedelser, och skapa bra, användarvänlig programvara. Till skillnad från konkurrenten Complete Genomics, som erbjuder sekvensering som en tjänst och därför kan lita på experter för att göra jobbet, planerar GnuBio att sälja maskiner.
Jonathan Rothberg, som grundade RainDance med Weitz, säger att företaget övervägde att satsa på sekvensering när det började. Men vi tog ett affärsbeslut, det fanns andra saker för oss att göra, säger han.