قادة في تكنولوجيا الجزيء الأحادي
على الرغم من القيود في حساسية وسرعة وحجم التسلسل الذي يمكن الحصول عليه ، فإن طريقة التسلسل الجديدة الموصوفة في PNAS كانت جديدة وأظهرت الوعد الكافي للقبض على رأس أصحاب رأس المال المغامر الذين اقتربوا من الأستاذ حول الاستثمار في التكنولوجيا الخاصة به. يجب أن يكون هناك شيء ما حول التقنية التي كان يبحث عنها المستثمرون المغامرون ، حيث كان هذا هو الأول من نوعه ، وفقًا لموظف قديم ، ومدير الأبحاث الأول ، الدكتور تيموثي هاريس ... لا يقترب مستثمري المشاريع عادةً العلماء ، إنه العكس !
صدر منشور PNAS في 1 أبريل 2003 ، وبدأت الجولة الأولى من التمويل لشركة جديدة في 19 ديسمبر 2003 ، وفي 2 يناير 2004 ، فتحت هيليكوس أبوابها مع 5 موظفين ، من بينهم الدكتور هاريس ، متخصص في علوم القياس وتكنولوجيا الجزيئات الفردية. تقع Helicos حاليًا في Cambridge MA بالولايات المتحدة الأمريكية ، وبعد جولتين من التمويل الاستثماري ، واعتبارًا من الاكتتاب العام الأولي في 27 مايو 2007 ، يتم تداولها الآن تحت إشراف NASDAQ: HLCS .
تتخصص شركة Helicos في تقنيات التحليل الجيني ، على وجه الخصوص ، تقنية True-Molecule Sequencing (tSMS TM ) ، مع التحقق من تسلسل جينوم الفيروس M13 كما هو موضح في مجلة Science في أبريل 2008. تستخدم منصة tSMS TM المتخصصة ™ HeliScope TM جزيء التسلسل .
ووفقًا للدكتور هاريس ، فقد بدأ هذا المشروع بالذات في يناير 2004 ، وبحلول يونيو 2005 ، نجح في إجراء تسلسل لفيروس M13 ، وهو تسلسل مناسب طبيا ، كما هو موضح في ورقة العلوم.
كيف يعمل tSMS TM ؟
يتم قطع سلسلة من الحمض النووي حول 100-200 زوج قاعدة إلى أجزاء أصغر باستخدام إنزيمات تقييد ، ويتم إضافة ذيول polyA . ثم يتم تهجين الخيوط المختزلة إلى لوحة خلية تدفق هيليكوس ، التي تحتوي على مليارات من سلاسل البوليت المتعددة المرتبطة بسطحها . يتم تسلسل كل قالب مهجن في وقت واحد. لذلك يمكن قراءة المليارات في المدى. يتم تنفيذ وضع العلامات في "الكواد" تتكون من 4 دورات لكل منهما ، لكل من القواعد 4 النوكليوتيدات. تضاف القواعد التي تحتوي على الفلورسنت ، ويضيء الليزر الموجود في الأداة التسمية ، مع الأخذ في الاعتبار أي خيوط قد أخذت هذه القاعدة المحددة. ثم يتم شق العلامة ، وتبدأ الدورة التالية بقاعدة جديدة. بعد معالجة خلية التدفق مع كل قاعدة (4 دورات) ، تكتمل الدورة الرباعية ، وتبدأ واحدة جديدة مرة أخرى مع قاعدة النوكليوتيدات الأولية.
في الوقت الحالي ، تستطيع HeliCope TM قراءة شظايا الحمض النووي التي تتكون من 55 زوجًا أساسيًا. كلما ازدادت القواعد في التسلسل ، انخفضت النسبة المئوية للفروع التي يمكن استخدامها في العينة ، لأن بعض الخيوط تتوقف عن التمدد خلال العملية.
بالنسبة لقراءات من 20 أو نحو ذلك ، يمكن استخدام حوالي 86 ٪ من الخيوط. بالنسبة إلى القراءات الأطول (55 زوجًا أساسيًا) ، تنخفض هذه النسبة إلى حوالي 50٪.
ميزة جزيء مفرد
في حين أن العديد من الشركات الأخرى تقدم تقنيات متسلسلة بالتوليف مع منصات إنتاجية عالية ، ومختلف الكواشف ، بتكاليف قابلة للمقارنة ، ولقراءة قصيرة من 25 إلى 40 زوجًا أساسيًا ، فقط هيليكوس تقرأ تسلسل الحمض النووي واحد من النوكليوتيد في وقت واحد مع براءة اختراعهم تقنية وضع العلامات حساسة بما يكفي للسماح بقراءة جزيء واحد. تتطلب الطرق الأخرى تضخيم الحمض النووي (باستخدام PCR ) لعمل نسخ (ملايين) متعددة قبل التسلسل. وهو يقدم إمكانية وجود درجة كبيرة من عدم الدقة بسبب أخطاء المعالجة من خلال إنزيمات البوليميريز أثناء التضخيم.
اعتبارا من أبريل 2008 ، ورد أن HeliScopeTM قادرة على تسلسل مليارات من قواعد النيوكليوتيد في اليوم الواحد.
هيليكوس هي عضو في ائتلاف الطب الشخصي وقد حصلت على تمويل منحة "جين 1000 دولار" . الجينوم 1000 دولار في يوم واحد هو هدف متوقع من شأنه أن يتطلب المنظم لمعالجة مليارات القواعد في الساعة. في الوقت الحالي ، يستغرق تسلسل النموذج الأولي سنوات لتحديد الجينوم بأكمله ، والذي سيكلف أكثر من 1000 دولار.
تطبيقات لتكنولوجيا tSMSTM كثيرة ، بما في ذلك الكشف عن المتغيرات الجينية في البشر وغيرها من الأنواع لتحديد أسباب المرض ، ومقاومة المضادات الحيوية في البكتيريا ، والمرونة في الفيروسات وأكثر من ذلك. إن القدرة على اكتشاف جين واحد بدون تضخيم له استخدامات محتملة كثيرة في علم الأحياء المجهرية البيئية ، حيث تستخدم التقنيات الوراثية في الغالب لاكتشاف الكائنات الحية الدقيقة القابلة للحياة غير القابلة للثقافة أو تلك الموجودة في التربة والمصفوفات الأخرى التي تحظر العزلة بالطرق الحالية. وعلاوة على ذلك ، فإن طبيعة العينات البيئية غالباً ما تمثل صعوبات لتضخيم الجينات باستخدام تفاعل البوليميراز التسلسلي ، وذلك بسبب مشاكل التلوث. ومع ذلك ، يجب التغلب على هذه الصعوبات أيضًا من أجل إنزيمات polymerase المستخدمة في tSMSTM لتعمل بدون تداخل.
النظرية وراء تسلسل جزيء واحد أساسية إلى حد ما ، وقد تتساءل لماذا لم يفكر أحد في ذلك من قبل. على الرغم من أنه يبدو بسيطا بما فيه الكفاية ، هناك العديد من المكونات التقنية التي تشارك في تطوير هذه المنصات ، والكثير من التحديات لإبقاء شركة هيليكوس مشغولة ، بما في ذلك تطوير تفاعلات كيميائية جديدة والكواشف والألواح والقارئات العالية الإنتاجية. تتطلب القدرة على الكشف عن تألق الملصق الواحد على قاعدة واحدة أجهزة حساسة للغاية ، ويجب أن تكون كيمياء إشارات وضع العلامات والكشف مناسبة للحد من التداخل وتحسين الدقة في بوليميراز الحمض النووي نظرًا لأنه يتم تطبيقه على النماذج الثابتة والمكتوبة النيوكليوتيدات. هذه هي بعض من التحديات التي تواجهها هيليكوس لأنها تواصل تطوير هذه التكنولوجيا على أمل في يوم من الأيام تقديم الجينوم البشري 1000 دولار ، يوم واحد.