Führend in der Einzelmolekül-Technologie
Trotz der begrenzten Empfindlichkeit, Geschwindigkeit und Größe der verfügbaren Sequenz war die neue Sequenzierungsmethode, die in PNAS beschrieben wurde, neu und vielversprechend genug, um die Aufmerksamkeit von Risikokapitalgebern auf sich zu ziehen, die den Professor wegen Investitionen in seine Technologie ansprachen. Es muss etwas über die Technik gewesen sein, nach der Venture-Investoren suchen, da dies eine Premiere war , so ein langjähriger Mitarbeiter und Senior Director of Research, Dr. Timothy Harris ... Venture-Investoren kommen normalerweise nicht an die Wissenschaftler, es ist umgekehrt !
Die PNAS-Publikation wurde am 1. April 2003 veröffentlicht, die erste Finanzierungsrunde für eine neue Firma wurde am 19. Dezember 2003 begonnen und am 2. Januar 2004 öffnete Helicos seine Türen mit 5 Mitarbeitern, darunter Dr. Harris, a Spezialist für Messtechnik und Einzelmolekül-Technologie. Helicos befindet sich derzeit in Cambridge MA, USA, und nach zwei Runden der Investitionsfinanzierung und seit dem Börsengang am 27. Mai 2007 wird Helicos nun unter NASDAQ: HLCS öffentlich gehandelt.
Helicos ist spezialisiert auf genetische Analysetechnologien, insbesondere eine True-Single-Molecule Sequencing (tSMS TM ) -Technologie, validiert mit der Sequenzierung des M13-Virusgenoms, wie im Science Magazine im April 2008 beschrieben. Die spezialisierte tSMS TM -Plattform verwendet das HeliScope TM Single Molekül Sequenzer .
Laut Dr. Harris wurde dieses spezielle Projekt im Januar 2004 begonnen, und bis Juni 2005 hatten sie erfolgreich das M13-Virus sequenziert, eine medizinisch relevante Sequenz, die im Science-Paper beschrieben wird.
Wie funktioniert tSMS TM ?
Ein DNA-Strang von etwa 100-200 Basenpaaren wird unter Verwendung von Restriktionsenzymen in kleinere Fragmente geschnitten, und PolyA- Enden werden hinzugefügt. Die verkürzten Stränge werden dann mit der Helicos-Fließzellenplatte hybridisiert, an deren Oberfläche Milliarden von PolyT- Ketten gebunden sind. Jede hybridisierte Vorlage wird gleichzeitig sequenziert. Daher können Milliarden pro Lauf gelesen werden. Die Markierung erfolgt in "Quads", die aus jeweils 4 Zyklen für jede der 4 Nukleotidbasen bestehen. Fluoreszenzmarkierte Basen werden hinzugefügt, und ein Laser in dem Instrument beleuchtet das Etikett, indem er liest, welche Stränge diese bestimmte markierte Base aufgenommen haben. Die Markierung wird dann gespalten, und der nächste Zyklus beginnt mit einer neuen Basis. Nachdem die Fließzelle mit jeder Base (4 Zyklen) behandelt wurde, ist das Quad vervollständigt, und ein neues beginnt erneut mit der anfänglichen Nucleotidbase.
Derzeit kann das HeliScope TM DNA-Fragmente mit einer Länge von etwa 55 Basenpaaren lesen. Je mehr Basen in der Sequenz enthalten sind, desto geringer ist der prozentuale Anteil an Strängen, die in einer Probe verwendet werden können, da einige Stränge während des Verfahrens nicht länger gedehnt werden.
Bei Ablesungen von etwa 20 Basen können etwa 86% der Stränge verwendet werden. Bei längeren Lesezeiten (55+ Basenpaare) fällt dieser Prozentsatz auf etwa 50%.
Der Ein-Molekül-Vorteil
Während einige andere Unternehmen verschiedene Sequenzierung-durch-Synthese-Technologien mit Plattformen mit hohem Durchsatz, verschiedenen Reagenzien zu vergleichbaren Kosten und für kurze Lesezeiten von 25-40 Basenpaaren anbieten, liest nur Helicos die DNA-Sequenz mit ihrer patentierten Methode ein Nukleotid nach dem anderen Markierungstechnik, die empfindlich genug ist, um ein einzelnes Molekül zu lesen. Andere Verfahren erfordern, dass die DNA amplifiziert wird (unter Verwendung von PCR ), um mehrere (Millionen) Kopien vor der Sequenzierung herzustellen. Es führt zu einem erheblichen Grad an Ungenauigkeit aufgrund von Verarbeitungsfehlern durch Polymeraseenzyme während der Amplifikation.
Im April 2008 konnte das HeliScopeTM Berichten zufolge Milliarden von Nukleotidbasen pro Tag sequenzieren.
Helicos ist Mitglied der Personalised Medicine Coalition und erhielt ein "1000-Genom" -Fördermittel. Das 1000-Dollar-Genom an einem Tag ist ein prognostiziertes Ziel, das den Sequenzer dazu zwingen würde, Milliarden von Basen pro Stunde zu verarbeiten. Derzeit würde der Prototyp-Sequenzer Jahre benötigen, um ein ganzes Genom zu identifizieren, das viel mehr als 1000 US-Dollar kosten würde.
Die Anwendungen für die tSMSTM-Technologie sind vielfältig, einschließlich des Nachweises von genetischen Varianten bei Menschen und anderen Spezies zur Bestimmung von Krankheitsursachen, Antibiotikaresistenz bei Bakterien, Virilität bei Viren und mehr. Die Fähigkeit, ein einzelnes Gen ohne Amplifikation nachzuweisen, hat viele potentielle Verwendungen in der Umweltmikrobiologie, da genetische Techniken oft verwendet werden, um lebensfähige, nicht-kultivierbare Mikroorganismen oder solche, die in Böden und anderen Matrizen gefunden werden, welche die Isolierung durch gegenwärtige Verfahren verhindern, nachzuweisen. Darüber hinaus bereitet die Natur von Umweltproben aufgrund von Kontaminationsproblemen oft Schwierigkeiten bei der Genamplifikation unter Verwendung von PCR. Diese Schwierigkeiten müssten jedoch auch überwunden werden, damit die in tSMSTM verwendeten Polymerase-Enzyme störungsfrei funktionieren.
Die Theorie hinter der Einzelmolekülsequenzierung ist ziemlich einfach und man könnte sich wundern, warum noch niemand daran gedacht hat. Obwohl es einfach genug klingt, gibt es viele technische Komponenten, die an der Entwicklung solcher Plattformen beteiligt sind, und viele Herausforderungen, um Helicos beschäftigt zu halten, einschließlich der Entwicklung neuer chemischer Reaktionen und Reagenzien, Platten und Lesegeräten mit hohem Durchsatz. Die Fähigkeit, die Fluoreszenz einer einzelnen Markierung auf einer einzelnen Base nachzuweisen, erfordert hochempfindliche Instrumente , und die Chemie zur Markierung und Detektion von Signalen muss genau richtig sein, um Interferenz zu minimieren und die Genauigkeit der DNA-Polymerase zu optimieren, wenn sie auf immobilisierte Matrizen aufgebracht und markiert wird Nukleotide. Dies sind einige der Herausforderungen, mit denen sich Helicos bei der Weiterentwicklung dieser Technologie in der Hoffnung konfrontiert sieht, eines Tages das 1000-Dollar-1-Tage-Humangenom zu liefern.