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Sequenziamento del genoma più semplice
Una startup del Massachusetts chiamata Noblegen sta sviluppando una versione semplificata della tecnologia di sequenziamento del genoma dei nanopori, una tecnica che promette alta velocità e bassi costi, ma che di solito richiede strumenti complessi per essere eseguita. Noblegen, fondata la scorsa primavera, afferma che la capacità della sua tecnologia di leggere direttamente e rapidamente le sequenze di DNA potrebbe rendere economicamente fattibile portare la tecnologia di sequenziamento nei laboratori clinici per diagnosticare il cancro e altre malattie.
Chip nanoporo: Questo chip di silicio è il cuore di uno strumento di sequenziamento del DNA sviluppato dalla startup Noblegen. Al centro del chip c'è una serie di centinaia di fori su scala nanometrica attraverso i quali lunghe sequenze di DNA viaggiano durante l'acquisizione di immagini.
Il CEO di Noblegen Frank Feist afferma che l'obiettivo dell'azienda è di sequenziare a una velocità di 1000 basi al secondo. La società non divulgherà i dettagli dei suoi attuali prototipi, ma afferma che la tecnologia potrebbe essere scalata fino a matrici di 400 per 400 nanopori che sequenziano oltre 500 gigabase all'ora, o circa un genoma, coperto 30 volte, in 15 minuti.
Oggi ci vuole circa un mese e tra 10.000 e 40.000 dollari per sequenziare un genoma umano. Le tecnologie di sequenziamento di nuova generazione offerte da aziende tra cui Illumina e Pacific Biosciences hanno fatto molta strada, afferma Jeffery Schloss, direttore del programma per lo sviluppo tecnologico presso il National Human Genome Research Institute, ma lasciano molto a desiderare. Queste tecnologie variano, ma in generale richiedono una strumentazione complessa. Ci sono anche limiti alla lunghezza delle sequenze che possono leggere e non leggono direttamente quelle sequenze. Ciò influisce sia sul tempo necessario per mettere insieme la sequenza sia sulla qualità dei dati.
Per oltre un decennio, i ricercatori hanno lavorato sul sequenziamento dei nanopori, che potrebbe eliminare questi problemi leggendo direttamente la sequenza di lunghi filamenti di DNA non elaborati. Il principio è identificare ogni base nella sequenza mentre la molecola viene infilata attraverso un foro su scala nanometrica (o nanoporo) dotato di un sensore.
Ma integrare tutte le parti e farle funzionare è stato impegnativo. Ad esempio, alcuni sistemi leggono le basi rilevando il loro campo elettrico; ciò richiede un circuito di elaborazione per ogni nanoporo e l'integrazione di grandi matrici di tali sistemi è complessa. Una società, Oxford Nanopore, afferma di aver sviluppato completamente un tale sistema, ma non ha indicato alcuna data di lancio del prodotto.
Noblegen utilizza l'imaging ottico per identificare le basi. Questo aggiunge un passo all'inizio, ma il compromesso è che la strumentazione necessaria per l'imaging è molto più semplice. Innanzitutto, i ricercatori di Noblegen convertono il DNA genomico in una versione sintetica etichettata con quattro diversi coloranti fluorescenti, uno per ogni tipo di base. Ogni base nella sequenza originale è rappresentata da un segmento marcato con fluorescenza in quella sintetica.
Le sequenze sintetiche vengono quindi lette direttamente dallo strumento relativamente semplice di Noblegen. Si basa su un chip di silicio che viene perforato per creare pori di pochi nanometri di diametro; il chip è illuminato da un laser economico. Le lunghe molecole sintetiche, che sono cariche, vengono trascinate attraverso il foro da forze elettrostatiche. Ma non possono muoversi troppo velocemente, perché le etichette fluorescenti sono troppo grandi per passare attraverso i pori. Mentre il DNA si muove attraverso il poro un segmento alla volta, le etichette si staccano, creando un lampo di luce. Questa luce viene ripresa da un semplice sensore CMOS come quello di una fotocamera digitale.
Feist afferma che l'obiettivo di Noblegen è ridurre in modo aggressivo i costi e aumentare la velocità di sequenziamento di interi genomi fino a un punto in cui ha senso economico per i laboratori ospedalieri nei prossimi tre o quattro anni. Vogliamo fornire il sequenziamento dell'intero genoma nel laboratorio [ospedaliero] entro i vincoli finanziari del sistema sanitario, dice.
Il laboratorio della Boston University di Amit Meller, la cui tecnologia NobleGen ha concesso in licenza, ha ricevuto $ 4,2 milioni di finanziamenti dal National Human Genome Research Institute lo scorso settembre. Feist afferma che si aggiunge ai 4,1 milioni di dollari di finanziamenti ricevuti dal prof. Meller dal 2001, destinati allo sviluppo del materiale di consumo e della strumentazione nanopori. Aggiunge che la società avrà bisogno di altri 15 milioni di dollari per sviluppare un prototipo su scala industriale.