Leader nella tecnologia della singola molecola
Nonostante i limiti della sensibilità, della velocità e delle dimensioni della sequenza ottenibile, il nuovo metodo di sequenziamento descritto in PNAS è stato nuovo e ha mostrato una promessa sufficiente per attirare l'attenzione degli investitori di rischio che si sono rivolti al professore per investire nella sua tecnologia. Deve esserci stato qualcosa nella tecnica che era ciò che gli investitori di venture capital cercano perché questo è stato il primo , secondo un membro dello staff di lunga data e direttore senior della ricerca, Dr. Timothy Harris ... gli investitori di venture capital non si avvicinano di solito gli scienziati, è il contrario !
La pubblicazione PNAS è stata rilasciata il 1 aprile 2003, il primo round di finanziamento per una nuova società è stato avviato il 19 dicembre 2003 e il 2 gennaio 2004, Helicos ha aperto i battenti con 5 dipendenti, tra cui il Dr. Harris, un specialista in scienze della misurazione e tecnologia delle singole molecole. Helicos è attualmente situata a Cambridge MA, negli Stati Uniti e, dopo 2 round di finanziamento degli investimenti, e in una IPO il 27 maggio 2007, è ora quotata al NASDAQ: HLCS .
Helicos è specializzata in tecnologie di analisi genetica, in particolare una tecnologia True Single Molecule Sequencing (tSMS TM ) , validata con il sequenziamento del genoma del virus M13 come descritto in Science Magazine nell'aprile 2008. La piattaforma specializzata tSMS TM utilizza il Single di HeliScope TM Molecola 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 rilevante dal punto di vista medico, descritta nel documento scientifico.
Come funziona tSMS TM ?
Un filamento di DNA di circa 100-200 paia di basi viene tagliato in frammenti più piccoli utilizzando enzimi di restrizione e vengono aggiunte le code di poliA . I fili accorciati vengono quindi ibridati sulla piastra delle celle di flusso di Helicos, che ha miliardi di catene di politene legate alla sua superficie. Ogni modello ibridizzato viene sequenziato contemporaneamente. Pertanto è possibile leggere miliardi per corsa. L'etichettatura viene eseguita in "quad" composti da 4 cicli ciascuno, per ciascuna delle 4 basi nucleotidiche. Vengono aggiunte basi con etichetta fluorescente e un laser nello strumento illumina l'etichetta, prendendo una lettura di quali fili hanno preso quella particolare base etichettata. L'etichetta viene quindi fenduta e il ciclo successivo inizia con una nuova base. Dopo che la cella di flusso è stata trattata con ciascuna base (4 cicli), il quad è completo e uno nuovo ricomincia con la base nucleotidica iniziale.
Attualmente, HeliScope TM è in grado di leggere frammenti di DNA di circa 55 coppie di basi in lunghezza. Più basi nella sequenza, minore è la percentuale di fili che possono essere utilizzati in un campione, poiché alcuni filamenti cessano di allungarsi durante il processo.
Per le letture di circa 20 basi, è possibile utilizzare circa l'86% dei trefoli. Per letture più lunghe (più di 55 coppie di basi) questa percentuale scende a circa il 50%.
Il vantaggio della singola molecola
Mentre molte altre aziende offrono varie tecnologie di sequenziamento per sintesi con piattaforme ad alta produttività, diversi reagenti, a costi comparabili e per letture brevi di 25-40 paia di basi, solo Helicos legge la sequenza del DNA un nucleotide alla volta con il loro brevetto tecnica di etichettatura che è abbastanza sensibile da consentire letture su una singola molecola. Altri metodi richiedono che il DNA sia amplificato (usando PCR ) per fare più (milioni) di copie prima del sequenziamento. Introduce il potenziale per un significativo grado di inaccuratezza dovuto agli errori di elaborazione da parte degli enzimi della polimerasi durante l'amplificazione.
A partire da aprile 2008, l'HeliScopeTM era in grado di sequenziare miliardi di basi nucleotidiche al giorno.
Helicos è membro della "Personalised Medicine Coalition" e ha ricevuto finanziamenti per "genoma da $ 1000" . Il genoma di $ 1000 in un giorno è un obiettivo progettato che richiederebbe al sequenziatore di elaborare miliardi di basi all'ora. Attualmente, il sequenziatore prototipo impiegherebbe anni per identificare un intero genoma, che costerebbe molto più di $ 1000.
Le applicazioni per la tecnologia tSMSTM sono molte, compresa la rilevazione di varianti genetiche negli esseri umani e in altre specie per determinare le cause della malattia, la resistenza agli antibiotici nei batteri, la virilità nei virus e altro ancora. La capacità di rilevare un singolo gene senza amplificazione ha molti potenziali usi nella microbiologia ambientale, poiché le tecniche genetiche sono spesso utilizzate per rilevare microrganismi vitali non coltivabili o quelli trovati nel suolo e in altre matrici che proibiscono l'isolamento con i metodi attuali. Inoltre, la natura dei campioni ambientali presenta spesso difficoltà per l'amplificazione del gene mediante PCR, a causa di problemi di contaminazione. Tuttavia, queste difficoltà dovrebbero anche essere superate affinché gli enzimi polimerasi utilizzati in tSMSTM funzionino senza interferenze.
La teoria alla base del sequenziamento di una singola molecola è piuttosto basilare e ci si potrebbe chiedere perché nessuno ci abbia mai pensato prima. Sebbene sembri abbastanza semplice, ci sono molti componenti tecnici coinvolti nello sviluppo di tali piattaforme, e molte sfide per tenere impegnata Helicos, incluso lo sviluppo di nuove reazioni chimiche e reagenti, piastre e lettori ad alto rendimento. La capacità di rilevare la fluorescenza di una singola etichetta su una singola base richiede una strumentazione altamente sensibile e la chimica per l'etichettatura e la rilevazione dei segnali deve essere giusta per minimizzare l'interferenza e ottimizzare la fedeltà della DNA polimerasi applicata a modelli immobilizzati ed etichettati nucleotidi. Queste sono alcune delle sfide affrontate da Helicos mentre continua a sviluppare questa tecnologia nella speranza di un giorno di consegnare il genoma umano da 1000 $.