100 USD genomas

Šiuo metu žmogaus genomo sekvenavimas kainuoja apie 60 000 USD, o keletas tyrimų grupių tikisi per ateinančius trejus metus pasiekti 1 000 USD genomą. Tačiau dvi įmonės, Pilna genomika ir BioNanomatrix , bendradarbiauja kurdami naują metodą, kuris leistų sekvenuoti jūsų genomą už mažesnę nei gražių džinsų kainą, o ši technologija galėtų perskaityti visą genomą per vieną darbo dieną. Prieš 10 metų būtų buvę visiškai neįmanoma pagalvoti apie šį projektą, sako Radoje Drmanac , „Complete Genomics“, esančios Mountain View, Kalifornijoje, vyriausiasis mokslinis pareigūnas.





Pigi seka: Ilgų DNR molekulių sriegiavimas nano dydžio kanalais ant specialiai pagaminto lusto galėtų būti pigesnis būdas sekti DNR. Šiame paveikslėlyje parodyta „BioNanomatrix“ sukurta plokštelė. Kiekvienas stačiakampis yra nanoanalizatoriaus lustas, išklotas 50 000 kanalų.

Naujausi žmogaus genomo sekos nustatymo skaičiai yra 60 000 USD per maždaug šešias savaites, kaip pranešė Taikomosios biosistemos praeitą mėnesį. (Tai mažiau nei 3 milijardai dolerių, skirti žmogaus genomo projektui, kuris buvo sekvenuotas naudojant tradicinius metodus ir baigtas 2003 m., ir apie 1 milijoną dolerių Jameso Watsono genomui, sekvenuotam taikant naujesnį didelio našumo metodą ir išleistas praėjusiais metais.) Tačiau mokslininkai vis dar lenktyniauja kurdami metodus, kurie būtų pakankamai greiti ir pigūs, kad kiekvienas galėtų sekvenuoti savo genomus, taip iš tikrųjų pradėdamas personalizuotos medicinos erą.

Dauguma esamų technologijų aptinka DNR seką po vieną raidę. Tačiau „Complete Genomics“ siekia pagreitinti procesą aptikdama ištisus žodžius, kurių kiekvienas sudarytas iš penkių DNR raidžių. Drmanac lygina technologiją su Google paieškomis, kurios užklausa teksto duomenų bazėje su raktiniais žodžiais. Toliau paspartindamos procesą pasitelkdamos naują chemiją ir nanogamybos pažangą, įmonės sukurs įrenginį, galintį vienu metu nuskaityti kelių genomų seką viename luste.



Norėdami atlikti naują seką, mokslininkai pirmiausia sukuria visas įmanomas penkių raidžių DNR segmentų kombinacijas, atsižvelgiant į keturias raides arba bazes, kurios sudaro visą DNR. Šie segmentai yra pažymėti skirtingų tipų fluorescenciniais žymenimis ir grupėmis pridedami prie vienos grandinės DNR molekulės. Kai tam tikras segmentas atitinka seką DNR grandinėje, kurią reikia nuskaityti, jis prisijungia prie tos molekulės dalies. Tada specializuota kamera nufotografuoja vaizdą – skirtingi fluorescenciniai signalai rodo seką tam tikruose DNR grandinės taškuose. Procesas kartojamas su skirtingais penkių raidžių DNR deriniais, kol bus suskirstyta visa chromosoma. Šis metodas yra įmanomas, nes pastaruoju metu yra prieinama pigi DNR sintezė, todėl daug efektyviau kurti šių DNR segmentų bibliotekas.

Kiekviena DNR molekulė bus įsriegta į nanofluidikos įrenginį, pagamintą Filadelfijoje įsikūrusios BioNanomatrix, išklotą mažų kanalų eilėmis. Siauras kanalų plotis – apie 100 nanometrų – verčia normaliai susivėlusią DNR išsivynioti, išsirikiuoja kaip traukinys ilgame tunelyje ir suteikia tyrėjams aiškų vaizdą apie molekulę. Kadangi galime ištempti DNR, galime gauti daug informacijos iš kiekvienos DNR dalies, kurią žiūrime, sako Mike'as Boyce'as-Jacino , „BioNanomatrix“ vykdomasis direktorius. Didelis skirtumas nuo bet kurio kito požiūrio yra tas, kad mes žiūrime į fizinę vietą tuo pačiu metu, kai žiūrime į sekos informaciją. Šiuo metu naudojami sekos nustatymo metodai seka mažus DNR fragmentus ir apskaičiuoja kiekvieno fragmento vietą, o tai užima daugiau laiko ir reikalauja pasikartojančio sekos nustatymo.

Įmonės vis dar turi ilgą kelią iki 100 USD genomo. BioNanomatrix jau parodė, kad ilgas DNR dalis – dviejų milijonų raidžių ilgio – galima įsriegti į esamų lustų kanalus. Tačiau dabar mokslininkai turi sukurti lustus su daug daugiau kanalų, kad vienu metu būtų galima sekvenuoti kelių genomų vertės DNR.



Pagrindinė „Complete Genomics“ kliūtis bus sukurti fluorescencines etiketes, kurias būtų galima lengvai ir tiksliai aptikti. Dauguma dabartinių metodų išsprendžia šią problemą padarydami daug tos pačios DNR molekulės kopijų ir nustatydami jas seką vienu metu, taip padidindami signalo ir triukšmo santykį. Tačiau toks požiūris riboja DNR dalies, kurios sekvenavimą galima nustatyti, ilgį ir padidina išlaidas, nes padidėja reakcijai reikalingų cheminių medžiagų kiekis.

Projektas yra dalis Pažangių technologijų programa , finansuojamas Nacionalinio standartų ir technologijų instituto, siekiant paskatinti naujų, didelės rizikos technologijų kūrimą. Šiais metais „Complete Genomics“ išleidžia komercinį produktą, pagrįstą panašia chemija, tačiau bendrovė atsisakė pateikti išsamios informacijos apie savo statusą.

Technologijos, reikalingos 100 USD genomui pasiekti, vis dar liko mažiausiai penkerių metų, sako Jurgio bažnyčia , genetikas iš Harvardo medicinos mokyklos Bostone ir „Complete Genomics“ mokslinės patariamosios tarybos narys. Tačiau [ji] ateina iš įmonės, kuri šiais metais išleidžia beveik tokią pat gerą technologiją.



Abu Drmanac ir Boyce-Jacino pasakyti, kad vienas didžiausių jų technologijos pranašumų bus galimybė sekti labai ilgas DNR grandines. Naujausios šiandien naudojamos sekos nustatymo technologijos nuskaito DNR gana trumpais spurtais, maždaug nuo 30 iki 200 raidžių, kurios vėliau sujungiamos kompiuteriu. Šis metodas puikiai tinka kai kurioms programoms, pavyzdžiui, iš naujo nustatyti žinomo genomo seką. Tačiau vis daugiau tyrimų rodo, kad nedideli struktūriniai DNR pokyčiai, tokie kaip trumpų sekų ištrynimai ar inversijos, vaidina svarbų vaidmenį žmogaus kintamumui. Jeff Castle , technologijų plėtros programos direktorius Nacionaliniame žmogaus genomo tyrimų centre Bethesdoje, MD. Juos daug sunkiau pasiimti trumpai skaitant.

Ilgesnis skaitymas taip pat leis mokslininkams pažvelgti į genetinių variacijų, kurios buvo paveldėtos kartu, rinkinius, žinomus kaip haplotipai. Tokia analizė gali nustatyti, ar tam tikra genetinė variacija buvo perduota iš asmens motinos ar tėvo. Naujausi tyrimai rodo, kad kai kuriais atvejais motinos ar tėvo paveldėjimas gali turėti įtakos ligos sunkumui. Naudodami naujas priemones, skirtas geriau sekti paveldėjimo modelius, mokslininkai gali atrasti, kad šis reiškinys yra dažnesnis, nei manyta anksčiau. Tai viena iš priežasčių, kodėl tikimės, kad keli nauji metodai leis ilgai skaityti, sako Schloss.

paslėpti