211service.com
Eenvoudigere genoomsequencing
Een startup uit Massachusetts, Noblegen genaamd, ontwikkelt een vereenvoudigde versie van nanopore-genoomsequencing-technologie - een techniek die hoge snelheid en lage kosten belooft, maar waarvoor meestal complexe instrumenten nodig zijn. Noblegen, opgericht in het afgelopen voorjaar, zegt dat het vermogen van zijn technologie om DNA-sequenties direct en snel te lezen het economisch haalbaar zou kunnen maken om sequencing-technologie in klinische laboratoria te brengen om kanker en andere ziekten te diagnosticeren.
Nanopore-chip: Deze siliciumchip vormt de kern van een DNA-sequencing-instrument dat wordt ontwikkeld door startup Noblegen. In het midden van de chip bevindt zich een reeks van honderden gaten op nanoschaal waar lange DNA-sequenties doorheen reizen terwijl ze worden afgebeeld.
Noblegen CEO Frank Feist zegt dat het doel van het bedrijf is om te sequencen met een snelheid van 1000 basen per seconde. Het bedrijf wil geen details over zijn huidige prototypes onthullen, maar zegt dat de technologie kan worden opgeschaald tot arrays van 400 bij 400 nanoporiën die een sequentie van meer dan 500 gigabase per uur bepalen - of ongeveer één genoom, 30 keer afgedekt in 15 minuten.
Tegenwoordig duurt het ongeveer een maand en $ 10.000 tot $ 40.000 om een menselijk genoom te sequensen. De volgende generatie sequencing-technologieën die worden aangeboden door bedrijven als Illumina en Pacific Biosciences hebben een zeer lange weg afgelegd, zegt Jeffery Schloss, programmadirecteur voor technologieontwikkeling bij het National Human Genome Research Institute, maar ze laten nogal wat te wensen over. Deze technologieën variëren, maar over het algemeen vereisen ze complexe instrumentatie. Er zijn ook limieten aan de lengte van de reeksen die ze kunnen lezen, en ze lezen die reeksen niet rechtstreeks. Dit beïnvloedt zowel de hoeveelheid tijd die nodig is om de reeks samen te stellen als de kwaliteit van de gegevens.
Al meer dan tien jaar werken onderzoekers aan nanopore-sequencing, die deze problemen zou kunnen elimineren door de volgorde van lange, onverwerkte DNA-strengen direct af te lezen. Het principe is om elke base in de reeks te identificeren terwijl het molecuul door een gat op nanoschaal (of nanoporie) wordt geregen dat is uitgerust met een sensor.
Maar het was een uitdaging om alle onderdelen te integreren en ze te laten werken. Sommige systemen lezen bijvoorbeeld de basen uit door hun elektrische veld te voelen; dit vereist een verwerkingscircuit voor elke nanoporie, en het integreren van grote reeksen van dergelijke systemen is complex. Eén bedrijf, Oxford Nanopore, beweert een dergelijk systeem volledig te hebben ontwikkeld, maar heeft geen datums voor productlancering genoemd.
Noblegen gebruikt optische beeldvorming om de basen te identificeren. Dit voegt in het begin een stap toe, maar de wisselwerking is dat de instrumentatie die nodig is voor beeldvorming veel eenvoudiger is. Ten eerste zetten de Noblegen-onderzoekers genomisch DNA om in een synthetische versie die is gelabeld met vier verschillende fluorescerende kleurstoffen, één voor elk type base. Elke base in de oorspronkelijke sequentie wordt vertegenwoordigd door één fluorescent gelabeld segment in de synthetische.
De synthetische sequenties worden dan direct uitgelezen door het relatief eenvoudige instrument van Noblegen. Het is gebaseerd op een siliciumchip die is geboord om poriën te creëren met een diameter van slechts enkele nanometers; de chip wordt verlicht door een goedkope laser. De lange synthetische moleculen, die geladen zijn, worden door elektrostatische krachten door het gat getrokken. Maar ze kunnen niet te snel bewegen, omdat de fluorescerende labels te groot zijn om door de porie te passen. Terwijl het DNA segment voor segment door de porie beweegt, springen de labels los, waardoor een lichtflits ontstaat. Dit licht wordt afgebeeld door een eenvoudige CMOS-sensor zoals die in een digitale camera.
Feist zegt dat het doel van Noblegen is om de kosten agressief te verlagen en de snelheid van het sequencen van hele genomen te verhogen tot een punt waarop het economisch zinvol is voor ziekenhuislaboratoria in de komende drie of vier jaar. We willen hele genoomsequencing leveren in het [ziekenhuis]lab binnen de financiële beperkingen van het gezondheidszorgsysteem, zegt hij.
Het Boston University-lab van Amit Meller, wiens technologie NobleGen in licentie heeft gegeven, ontving afgelopen september $ 4,2 miljoen aan financiering van het National Human Genome Research Institute. Feist zegt dat dit bovenop de $ 4,1 miljoen aan financiering komt die prof. Meller sinds 2001 heeft ontvangen, die is besteed aan de ontwikkeling van het verbruiksartikel en de instrumentatie van nanoporiën. Hij voegt eraan toe dat het bedrijf nog eens $ 15 miljoen nodig heeft om een prototype op industriële schaal te ontwikkelen.