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A Helicos BioSciences Corporation traça suas raízes para um artigo publicado em abril de 2003, nos Procedimentos da Academia Nacional de Ciências (PNAS), pelo professor da Cal Tech e autor principal Dr. Steve Quake. O artigo descreveu o desenvolvimento preliminar de uma técnica para seqüenciamento de DNA de molécula única derivada do método de Sanger para sequenciação por síntese . Usando a nova técnica, foram utilizados sinais fluorescentes para detectar trifosfatos nucleotídicos marcados incorporados em modelos de DNA ligados a uma lâmina de quartzo.
Apesar das limitações na sensibilidade, velocidade e tamanho da seqüência obtida, o novo método de seqüenciamento descrito no PNAS foi novo e mostrou promessa suficiente para chamar a atenção para os capitalistas de risco que se aproximaram do professor sobre investir em sua tecnologia. Deve ter havido algo sobre a técnica que foi o que os investidores de risco estão procurando como este foi um primeiro , de acordo com um membro do pessoal de longa data e diretor sênior de pesquisa, Dr. Timothy Harris … investidores de risco don geralmente se aproximam dos cientistas, é o contrário: !
A publicação PNAS foi lançada em 1 de abril de 2003, a primeira rodada de financiamento de uma nova empresa foi iniciada em 19 de dezembro de 2003 e, em 2 de janeiro de 2004, Helicos abriu suas portas com 5 funcionários, incluindo o Dr. Harris, um especialista em ciência de medição e tecnologia de molécula única. A Helicos está atualmente localizada em Cambridge MA, EUA e, após 2 rodadas de financiamento de investimentos, e a partir de um IPO em 27 de maio de 2007, agora é negociado publicamente sob NASDAQ: HLCS .
A Helicos é especializada em tecnologias de análise genética, em particular, uma tecnologia de Seqüência de moléculas únicas verdadeiras (tSMS TM ) , validada com o seqüenciamento do M13 genoma do vírus como descrito na revista Science em abril de 2008. A plataforma especializada tSMS TM usa o HeliScope TM Single Molecule Sequencer .
De acordo com o Dr. Harris, este projeto específico foi iniciado em janeiro de 2004 e, em junho de 2005, eles conseguiram seqüenciar com sucesso o vírus M13, uma seqüência médicamente relevante, descrita no artigo da Science.
Como o tSMS TM funciona?
Uma cadeia de DNA cerca de 100-200 pares de bases é cortada em fragmentos menores usando enzimas de restrição, e polyA caudas são adicionadas. Os fios encurtados são então hibridizados com a placa de células de fluxo de Helicos, que tem bilhões de cadeias polyT ligadas à sua superfície. Cada modelo hibridizado é sequenciado de uma só vez. Portanto, bilhões por ação podem ser lidos. O rótulo é realizado em "quads" consistindo em 4 ciclos cada, para cada uma das 4 bases de nucleotídeos.As bases marcadas com fluorescência são adicionadas, e um laser no instrumento ilumina o rótulo, levando uma leitura de quais fios assumiram essa base rotulada em particular. O rótulo é então clivado e o próximo ciclo começa com uma nova base. Depois que a célula de fluxo foi tratada com cada base (4 ciclos), o quad é completo e um novo começa novamente com a base de nucleotídeo inicial.
Atualmente, o HeliScope TM pode ler fragmentos de DNA de cerca de 55 pares de bases de comprimento. Quanto mais bases na sequência, menor a percentagem de fios que podem ser utilizados numa amostra, porque alguns fios deixam de alongar durante o processo.
Para leituras de 20 bases, cerca de 86% dos fios podem ser usados. Para mais leituras (55+ pares de bases), essa porcentagem cai para cerca de 50%.
A vantagem da única molécula
Enquanto várias outras empresas oferecem várias tecnologias de seqüência por síntese com plataformas de alto rendimento, vários reagentes diferentes, a custos comparáveis, e para leituras curtas de 25-40 pares de bases, apenas Helicos lê a sequência de DNA um nucleótido de cada vez com sua técnica de rotulagem patenteada que é sensível o suficiente para permitir lê em uma única molécula. Outros métodos requerem que o DNA seja amplificado (usando PCR) para fazer múltiplas (milhões) de cópias antes do seqüenciamento. Ele introduz o potencial de um grau significativo de imprecisão devido a erros de processamento por enzimas polimerase durante a amplificação.
A partir de abril de 2008, HeliScopeTM teria sido capaz de seqüenciar bilhões de bases de nucleotídeos por dia.
Helicos é um membro da Coalizão de Medicina Personalizada e recebeu "US $ 1000 genoma" financiamento de subvenção. O genoma de US $ 1000 em um dia é um objetivo projetado que exigiria que o sequenciador processasse bilhões de bases por hora. Atualmente, o sequenciador de protótipos levaria anos para identificar um genoma inteiro, que custaria muito mais do que $ 1000.
As aplicações para a tecnologia tSMSTM são muitas, incluindo a detecção de variantes genéticas em seres humanos e outras espécies para determinar causas de doenças, resistência a antibióticos em bactérias, virilidade em vírus e muito mais. A capacidade de detectar um único gene sem amplificação tem muitos usos potenciais em microbiologia ambiental, pois as técnicas genéticas são freqüentemente usadas para detectar microorganismos viáveis, não cultiváveis ou aqueles encontrados no solo e outras matrizes que proíbem o isolamento pelos métodos atuais. Além disso, a natureza das amostras ambientais muitas vezes apresenta dificuldades para amplificação de genes usando PCR, devido a problemas de contaminação. No entanto, essas dificuldades também devem ser superadas para que as enzimas polimerase utilizadas no tSMSTM funcionem sem interferência.
A teoria por trás do seqüenciamento de uma única molécula é bastante básica, e você pode se perguntar por que ninguém já pensou nisso antes. Embora pareça suficientemente simples, existem muitos componentes técnicos envolvidos no desenvolvimento de tais plataformas e muitos desafios para manter Helicos ocupados, incluindo o desenvolvimento de novas reações e reagentes químicos, placas e leitores de alto rendimento.A capacidade de detectar a fluorescência de uma única etiqueta em uma única base requer instrumentação altamente sensível , e a química para rotular e detectar sinais precisa ser justa para minimizar a interferência e otimizar a fidelidade de a polimerase de ADN, tal como é aplicada a modelos imobilizados e nucleótidos marcados. Estes são alguns dos desafios enfrentados pela Helicos, pois continua a desenvolver esta tecnologia na esperança de algum dia entregar o genoma humano de US $ 1000, 1 dia.