Helicos生物科學公司

單分子技術的領導者

Helicos BioSciences公司的根源在於2003年4月在加州理工學院教授和主要作者Steve Quake博士發表在美國科學院院刊(PNAS)上的論文。 該論文描述了從Sanger方法合成測序的單分子DNA測序技術的初步開發。 利用這種新技術,利用熒光信號檢測摻入結合在石英玻片上的DNA模板上的標記的三磷酸核苷酸。

儘管PNAS中所描述的新測序方法在靈敏度,速度和可獲得序列的大小方面存在局限性,但是新穎且顯示出足夠的前景,可以吸引風險投資家的眼睛,這些風險投資家向那位教授尋求投資他的技術。 根據長期職員和研究高級主管Timothy Harris博士的說法,風險投資者一直在尋找這種技術,因為這是第一個 ,風險投資者通常不會接近科學家, 這是相反的方式

PNAS出版物於2003年4月1日發布,2003年12月19日開始為新公司提供第一輪融資,2004年1月2日,Helicos開放了5名員工,其中包括哈里斯博士測量科學和單分子技術專家。 Helicos目前位於美國劍橋市,經過兩輪投資融資,並於2007年5月27日首次公開發行後,現已在納斯達克證券交易所上市:HLCS

Helicos專注於基因分析技術,特別是真正的單分子測序(tSMS TM技術,該技術經過2008年4月科學雜誌中所述的M13病毒基因組測序。專用tSMS TM平台使用HeliScope TM Single分子測序儀

哈里斯博士表示,這個特殊的項目於2004年1月開始,到2005年6月,他們已經成功測序了M13病毒,這是一篇醫學相關的序列,在科學論文中描述。

tSMS TM如何工作?

使用限制性酶將大約100-200個鹼基對的DNA鏈切成更小的片段,並加入polyA尾巴。 然後將縮短的鏈雜交到具有數十億polyT鏈結合到其表面的Helicos流動池板上。 每個雜交模板一次測序。 因此可以讀取每次運行數十億次。 標記在由四個循環組成的“四元組”中進行,對於四個核苷酸鹼基中的每一個。 添加熒光標記的鹼基,儀器中的激光照亮標籤,讀取哪些鏈帶有特定標記的鹼基。 標籤然後被劈開,下一個循環從新的基地開始。 每個鹼基處理完流動池(4個循環)後,四極桿完成,新的核苷酸鹼基開始重新開始。

目前,HeliScope TM可以讀取約55個鹼基對的DNA片段。 序列中的鹼基越多,可用於樣品的鏈的百分比就越低,因為在該過程期間一些鏈停止伸長。

對於20個左右鹼基的閱讀,可以使用約86%的鏈。 對於更長的讀數(55+鹼基對),這個百分比下降到約50%。

單分子優勢

雖然其他幾家公司提供各種高通量測序合成技術,各種不同的試劑,成本相當,而且對於25-40個鹼基對的短讀數,只有Helicos用其專利技術一次讀取一個核苷酸的DNA序列標記技術足夠敏感,可以讀取單個分子。 其他方法要求在測序之前擴增 DNA(使用PCR )以製作多個(百萬)拷貝。 由於在擴增過程中由於聚合酶的加工錯誤,它引入了顯著程度的不准確性的可能性。

據報導,截至2008年4月,HeliScopeTM每天能夠測序數十億個核苷酸鹼基。

Helicos是個性化醫學聯盟的成員,並獲得“1000美元基因組”捐贈資助。 一天內1000美元的基因組是一個預計的目標,要求測序儀每小時處理數十億個鹼基。 目前,原型測序儀需要數年的時間才能確定整個基因組,這將花費超過1000美元。

tSMSTM技術的應用很多,包括檢測人類和其他物種的遺傳變異,以確定疾病的原因,細菌對抗生素的耐藥性,病毒的毒力等等。 由於遺傳技術通常用於檢測活的,不可培養的微生物或在土壤和其他基質中發現的那些微生物,這些微生物不能通過目前的方法進行分離,所以在沒有擴增的情況下檢測單個基因的能力在環境微生物學中具有許多潛在用途。 此外,由於污染問題,環境樣品的性質通常對使用PCR的基因擴增造成困難。 但是,為了使tSMSTM中使用的聚合酶在沒有乾擾的情況下發揮功能,也必須克服這些困難。

單分子測序背後的理論是相當基礎的,你可能想知道為什麼以前沒有人想過它。 雖然聽起來很簡單,但開發這樣的平台涉及許多技術組件,並且保持Helicos忙碌的許多挑戰,包括開發新的化學反應和試劑,印版和高通量閱讀器。 在單個鹼基上檢測單個標記熒光的能力需要高度敏感的儀器 ,標記和檢測信號的化學需要恰到好處地 DNA聚合酶的保真度降到最低,並優化 DNA聚合酶的保真度 ,因為它應用於固定模板和標記核苷酸。 這些是Helicos面臨的一些挑戰,因為它繼續開發這項技術,希望有朝一日能夠提供價值1000美元的1天人類基因組。