Чип снижает стоимость генома

Чип снижает стоимость генома

Последний соперник в гонке за 1000-долларовым геномом добился своего признания необычным способом: с помощью секвенирования генома пионера в области компьютеров Гордона Мура. Ионно-зондирующий метод позволяет дешево расшифровать последовательности в рекордные сроки. Как и компьютерные чипы, разработанные компанией Intel, в которой Мур был одним из основателей, геномная персональная машина Ion Personal Genome Machine (PGM) использует полупроводниковую технологию и способен работать со все возрастающей скоростью и меньшими затратами - тенденция, предусмотрена «законом Мура» 50 лет назад. Когда Ion Torrent в Гилфорде, Коннектикут, часть Life Technologies в Карлсбаде, штат Калифорния, представила устройство в конце прошлого года, некоторые ученые задавались вопросом, можно ли работать с ним в лаборатории со средним уровнем финансирования. Их сомнения, кажется, начинают исчезать после последней новости компании, опубликованной на этой неделе в Nature. Помимо производства черновых набросков генома Мура, Иоn Torrent показала, что ее устройство за 49 500 долларов США может читать бактериальный генома всего за два часа. «Это квантовый скачок с точки зрения времени, необходимого, чтобы выполнить эксперимент», говорит Стефан Шустер, молекулярный биолог Государственного Университета Пенсильвании в Юниверсити-Парк, занимавшийся тестированием технологии почти в течение года. Он уже опубликовал статью, содержащую ионно-секвенированые данные при исследования рака, который быстро распространяется среди тасманского дьявола. Также PGM была первой, которая разгадала геном штамма кишечной палочки, вызвала хаос в Германии в мае этого года, предоставив информацию всего за три дня. То, что делает технологию столь быстрой и недорогой - это новый способ выявления идентичности нуклеотидных пар в ДНК. Проект генома человека, который обнародовал свои ориентировочные результаты десять лет назад, основывался на трудоемком секвенирования Сэнгера, включающий построение комплементарных нитей ДНК в соответствии с исходными образцами. Пока не добавляются нуклеотиды, помеченные флуоресцентным красителем, чтобы остановить процесс. Скопированные фрагменты затем сортируются по размеру, чтобы определить последовательность оригинальных образцов. Совсем недавно были разработаны более быстрые методы «следующего поколения», чтобы читать последовательности ДНК путем отслеживания строительства комплементарной нити на примере как это происходит в действительности. Большинство методов используют флуоресцентные метки для идентификации отдельных нуклеотидов по мере их добавления. Но это дорогие реактивы - каждый запуск секвенирования может стоить тысячи долларов и все еще может занимать более недели. Вместо этого устройство Иоn Torrent использует дешевые природные нуклеотиды и чувствительный к ионов водорода (протонов), которые выпускаются, когда каждый нуклеотид включается в комплементарную ДНК. «Мы разработали набор, который буквально видит химию», говорит молекулярный биолог Джонатан Рутберг, исполнительный директор Ion Torrent. Микроскопический бисер, принимающий фрагменты ДНК, сначала помещается в 1,2-миллионную количество 3,5-микрометрових лунок на небольшом чипе, который стоит $ 99. Затем чип покрывается различными нуклеотидами, которые несут по четыре основания, входящие в состав ДНК, один за другим. Лунки очищаются после каждой промывки. Если нуклеотид комплементарный следующей неспаренный основе на шарике, он связывается с ней и отдает ион водорода, очень изменяя среду рН внутри. Это производит электрический сигнал, показывая, что основа на этом конкретном этапе промывки является следующей буквой в последовательности. Каждый этап занимает менее пяти секунд, что позволяет в одном чипа прочитать около 25 миллионов основ одного раза в течение двух часов и всего за несколько сотен долларов. Полезность технологии итоге будет зависеть не только от ее стоимости, но и ее точности, говорит Стивен Ченок, руководитель лаборатории Translational Genomics в Национальном институте рака в Бетесде, штат Мэриленд. И с этой точки зрения PGM-прежнему не сравнится с крупнейшими и самыми дорогими машинами. Стоимостью в сотни тысяч долларов они могут читать сотни миллиардов пар оснований в один заход и в настоящее время являются более подходящими для определения полного генома человека с высокой точностью. Ионно-чиповые секвенирования лучше подходит для получения быстрых результатов в менее масштабных проектах, таких как секвенирование бактериальных геномов или описание заболеваний, когда прочитываются определенные участки генов у многих пациентов. Но Рутберг подчеркивает, что как и транзисторы, упакованы более плотно на одной микросхеме, эта технология станет намного мощнее. Для генома Мура нужно 1000 ионных чипов - в целом 1 млрд. датчиков, работающих параллельно. Но компания уже тестирует 11-млн-луночный чип, который сократит эту потребность в десять раз, а расходы и еще больше. При переводе на производственный конвейер можно создать чип с меньшим набором функций, говорит Рутберг: «мы очень рады, что мы значительно опустим планку геномную за 1000 долларов».

В таких серьёзных компаниях, как эта, биологи получают очень хорошие зарплаты. Чтобы присоединиться к их числу, российскому школьнику сначала нужен репетитор по биологии ЕГЭ. После удачной сдачи единого государственного экзамена и поступления в вуз, юный любитель биологии получает путёвку в мир науки.


Карта сайта


Информационный сайт Webavtocat.ru