Pemimpin dalam Teknologi Molekul Tunggal
Meskipun keterbatasan dalam sensitivitas, kecepatan dan ukuran urutan yang tersedia, metode sekuensing baru yang dijelaskan dalam PNAS adalah novel dan menunjukkan janji yang cukup untuk menangkap mata para kapitalis ventura yang mendekati profesor tentang investasi dalam teknologinya. Pasti ada sesuatu tentang teknik yang dicari investor bisnis karena ini adalah yang pertama , menurut anggota staf lama dan Direktur Riset Senior, Dr. Timothy Harris ... investor ventura biasanya tidak mendekati para ilmuwan, itu sebaliknya !
Publikasi PNAS dirilis pada tanggal 1 April 2003, putaran pertama pembiayaan untuk perusahaan baru dimulai 19 Desember 2003, dan pada 2 Januari 2004, Helicos membuka pintunya dengan 5 karyawan, termasuk Dr. Harris, sebuah spesialis pada ilmu pengukuran dan teknologi molekul tunggal. Helicos saat ini terletak di Cambridge MA, USA dan, setelah 2 putaran pembiayaan investasi, dan pada saat IPO pada 27 Mei 2007, sekarang ini secara terbuka diperdagangkan di bawah NASDAQ: HLCS .
Helicos mengkhususkan diri dalam teknologi analisis genetika, khususnya, teknologi True Single-Molecule Sequencing (tSMS TM ) , divalidasi dengan urutan genom virus M13 seperti yang dijelaskan dalam Science Magazine pada April 2008. Platform tSMS TM khusus menggunakan HeliScope TM Single Molekul Sequencer .
Menurut Dr. Harris, proyek khusus ini dimulai pada Januari 2004, dan pada Juni 2005 mereka berhasil mengurutkan virus M13, urutan yang relevan secara medis, yang dijelaskan dalam makalah Science.
Bagaimana cara kerja tSMS TM ?
Sebuah untaian DNA sekitar 100-200 pasangan basa dipotong menjadi fragmen yang lebih kecil menggunakan enzim restriksi , dan ekor polyA ditambahkan. Untai yang dipendekkan kemudian di hibridisasi ke piringan aliran sel Helicos , yang memiliki miliaran rantai polyT yang terikat ke permukaannya. Setiap template hibridisasi diurutkan sekaligus. Oleh karena itu, miliaran per proses dapat dibaca. Pelabelan dilakukan dalam "paha depan" yang terdiri dari 4 siklus masing-masing, untuk masing-masing dari 4 basa nukleotida. Basa berlabel fluoresen ditambahkan, dan laser di instrumen menyinari label, mengambil pembacaan helai yang telah mengambil basis berlabel tertentu. Label kemudian dibelah, dan siklus berikutnya dimulai dengan basis baru. Setelah aliran sel telah diperlakukan dengan masing-masing basa (4 siklus), quad selesai, dan yang baru dimulai lagi dengan basis nukleotida awal.
Saat ini, HeliScope TM dapat membaca fragmen DNA sekitar 55 pasangan basa panjangnya. Semakin banyak basis dalam urutan, semakin rendah persentase helai yang dapat digunakan dalam sampel, karena beberapa untai berhenti memanjang selama proses tersebut.
Untuk membaca dari 20 atau lebih basa, sekitar 86% dari untaian dapat digunakan. Untuk membaca lebih lama (55+ pasangan basa) persentase ini turun menjadi sekitar 50%.
Keuntungan Molekul Tunggal
Sementara beberapa perusahaan lain menawarkan berbagai teknologi sequencing-by-synthesis dengan platform throughput yang tinggi, berbagai reagen yang berbeda, dengan biaya yang sebanding, dan untuk bacaan singkat 25-40 pasangan basa, hanya Helicos yang membaca urutan DNA satu nukleotida pada saat bersamaan dengan patennya. teknik pelabelan yang cukup sensitif untuk memungkinkan membaca pada satu molekul. Metode lain mengharuskan DNA diamplifikasi (menggunakan PCR ) untuk membuat beberapa (jutaan) salinan sebelum pengurutan. Ini memperkenalkan potensi tingkat ketidaktelitian yang signifikan karena kesalahan pemrosesan oleh enzim polimerase selama amplifikasi.
Pada April 2008, HeliScopeTM dilaporkan mampu menyusun miliaran basa nukleotida per hari.
Helicos adalah anggota Koalisi Obat Pribadi dan telah menerima dana hibah "$ 1000 genome" . Genom $ 1000 dalam satu hari adalah tujuan yang diproyeksikan yang akan membutuhkan sequencer untuk memproses miliaran basis per jam. Saat ini, sequencer prototipe akan memakan waktu bertahun-tahun untuk mengidentifikasi seluruh genom, yang akan menghabiskan biaya lebih dari $ 1000.
Aplikasi untuk teknologi tSMSTM banyak, termasuk deteksi varian genetik pada manusia dan spesies lain untuk menentukan penyebab penyakit, resistensi antibiotik pada bakteri, kejantanan pada virus dan banyak lagi. Kemampuan untuk mendeteksi gen tunggal tanpa amplifikasi memiliki banyak kegunaan potensial dalam mikrobiologi lingkungan, karena teknik genetika sering digunakan untuk mendeteksi mikroorganisme yang layak dan tidak dapat dikultur atau yang ditemukan di tanah dan matriks lain yang melarang isolasi dengan metode saat ini. Selanjutnya, sifat sampel lingkungan sering menghadirkan kesulitan untuk amplifikasi gen menggunakan PCR, karena masalah kontaminasi. Namun, kesulitan ini juga harus diatasi agar enzim polimerase yang digunakan dalam tSMSTM berfungsi tanpa gangguan.
Teori di balik sekuensing molekul tunggal cukup mendasar, dan Anda mungkin bertanya-tanya mengapa tidak ada yang memikirkannya sebelumnya. Meskipun kedengarannya cukup sederhana, ada banyak komponen teknis yang terlibat dalam pengembangan platform tersebut, dan banyak tantangan untuk membuat Helicos sibuk, termasuk pengembangan reaksi kimia baru dan reagen, piring, dan pembaca throughput yang tinggi. Kemampuan untuk mendeteksi fluoresensi label tunggal pada basis tunggal membutuhkan instrumentasi yang sangat sensitif , dan kimia untuk pelabelan dan mendeteksi sinyal perlu tepat untuk meminimalkan gangguan dan mengoptimalkan kesetiaan polimerase DNA seperti yang diterapkan pada templat terimobilisasi dan diberi label. nukleotida. Ini adalah beberapa tantangan yang dihadapi Helicos karena terus mengembangkan teknologi ini dengan harapan suatu hari nanti memberikan genom manusia $ 1000, 1 hari.