Helicos BioSciences: Heliscope Sequencing por Synthesis

Helicos BioSciences Corporation tiene sus raíces en un documento publicado en abril de 2003, en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), por el profesor principal y autor principal de Cal Tech, el Dr. Steve Quake. El documento describe el desarrollo preliminar de una técnica para la secuenciación de ADN de una sola molécula derivada del método de Sanger para secuenciación por síntesis . Usando la nueva técnica, se utilizaron señales fluorescentes para detectar nucleótidos trifosfatos marcados incorporados en plantillas de ADN unidas a un portaobjetos de cuarzo.

A pesar de las limitaciones en la sensibilidad, velocidad y tamaño de la secuencia obtenible, el nuevo método de secuencia descrito en PNAS fue novedoso y mostró la promesa suficiente para llamar la atención de los capitalistas de riesgo que se acercaron al profesor para invertir en su tecnología. Debe haber habido algo sobre la técnica que era lo que buscaban los inversionistas de riesgo ya que esta era la primera , según un miembro del personal de mucho tiempo y Director de Investigación, el Dr. Timothy Harris … inversores de riesgo don 'usualmente se acerca a los científicos, ¡es al revés !

La publicación PNAS fue lanzada el 1 de abril de 2003, la primera ronda de financiación para una nueva compañía se inició el 19 de diciembre de 2003, y el 2 de enero de 2004, Helicos abrió sus puertas con 5 empleados, incluido el Dr. Harris, especialista en ciencias de la medición y tecnología de molécula única. Helicos se encuentra actualmente en Cambridge MA, EE. UU. Y, después de 2 rondas de financiación de inversiones, y a partir de una oferta pública inicial el 27 de mayo de 2007, ahora cotiza públicamente en NASDAQ: HLCS .

Helicos se especializa en tecnologías de análisis genético, en particular, una tecnología True Single-Molecule Sequencing (tSMS ^TM ) , validada con la secuencia del M13 genoma del virus tal como se describe en Science Magazine en abril de 2008. La plataforma especializada tSMS ^TM utiliza el HeliScope ^TM Single Molécula Sequencer .

Según el Dr. Harris, este proyecto en particular se inició en enero de 2004, y para junio de 2005 habían secuenciado con éxito el virus M13, una secuencia médicamente relevante, descrita en el documento de Science.

¿Cómo funciona tSMS ^TM ?

Se corta una cadena de ADN de aproximadamente 100-200 pares de bases en fragmentos más pequeños usando enzimas de restricción, y se añaden poliA colas. Los hilos acortados se hibridizan a la placa de células de flujo de Helicos, que tiene miles de millones de cadenas poliT unidas a su superficie. Cada plantilla hibridada se secuencia de una vez. Por lo tanto, se pueden leer miles de millones por ejecución. El etiquetado se realiza en "quads" que consta de 4 ciclos cada uno, para cada una de las 4 bases de nucleótidos.Se añaden bases etiquetadas fluorescentes, y un láser en el instrumento ilumina la etiqueta, tomando una lectura de qué filamentos han ocupado esa base marcada particular. La etiqueta se divide, y el siguiente ciclo comienza con una nueva base. Después de que la celda de flujo se ha tratado con cada base (4 ciclos), el cuádruple está completo y uno nuevo comienza de nuevo con la base de nucleótidos inicial.

Actualmente, el HeliScope ^TM puede leer fragmentos de ADN de aproximadamente 55 pares de bases de longitud. Cuantas más bases en la secuencia, menor será el porcentaje de hebras que se pueden usar en una muestra, porque algunas hebras dejan de alargarse durante el proceso.

Para lecturas de aproximadamente 20 bases, se puede usar aproximadamente el 86% de los hilos. Para lecturas más largas (más de 55 pares de bases) este porcentaje baja a aproximadamente 50%.

La ventaja de una sola molécula

Mientras que otras compañías ofrecen varias tecnologías de secuenciación por síntesis con plataformas de alto rendimiento, varios reactivos diferentes, a costos comparables, y para lecturas cortas de 25-40 pares de bases, solo Helicos lee la secuencia de ADN de un nucleótido a la vez con su técnica patentada de etiquetado que es lo suficientemente sensible como para permitir lecturas en una sola molécula. Otros métodos requieren que el ADN se amplifique (usando PCR) para hacer múltiples (millones) de copias antes de la secuenciación. Introduce el potencial de un grado significativo de imprecisión debido a errores de procesamiento por enzimas polimerasas durante la amplificación.

A partir de abril de 2008, se informó que el HeliScopeTM podía secuenciar miles de millones de bases de nucleótidos por día.

Helicos es miembro de la Coalición de Medicina Personalizada y ha recibido fondos de la subvención "genoma de $ 1000" . El genoma de $ 1000 en un día es una meta proyectada que requeriría que el secuenciador procesara miles de millones de bases por hora. Actualmente, el secuenciador prototipo tomaría años para identificar un genoma completo, que costaría mucho más de $ 1000.

Las aplicaciones para la tecnología tSMSTM son muchas, incluida la detección de variantes genéticas en humanos y otras especies para determinar las causas de la enfermedad, la resistencia a los antibióticos en las bacterias, la virilidad en los virus y más. La capacidad de detectar un solo gen sin amplificación tiene muchos usos potenciales en la microbiología ambiental, ya que las técnicas genéticas se utilizan a menudo para detectar microorganismos viables, no cultivables o aquellos encontrados en el suelo y otras matrices que prohíben el aislamiento por métodos actuales. Además, la naturaleza de las muestras ambientales a menudo presenta dificultades para la amplificación génica mediante PCR, debido a problemas de contaminación. Sin embargo, estas dificultades también tendrían que superarse para que las enzimas polimerasas utilizadas en tSMSTM funcionen sin interferencia.

La teoría detrás de la secuenciación de una sola molécula es bastante básica, y podría preguntarse por qué nadie ha pensado en ella antes. Aunque suena bastante simple, hay muchos componentes técnicos involucrados en el desarrollo de tales plataformas, y un montón de desafíos para mantener ocupado a Helicos, incluido el desarrollo de nuevas reacciones químicas y reactivos, placas y lectores de alto rendimiento.La capacidad de detectar fluorescencia de una sola etiqueta en una sola base requiere instrumentación altamente sensible , y la química para etiquetar y detectar señales debe ser justa para minimizar la interferencia y optimizar la fidelidad de la ADN polimerasa tal como se aplica a plantillas inmovilizadas y nucleótidos marcados. Estos son algunos de los desafíos que enfrenta Helicos ya que continúa desarrollando esta tecnología con la esperanza de algún día entregar el genoma humano de $ 1000 por 1 día.