швидкісне читання

Розшифровка ДНК людини стала великим бізнесом . Куш зірве той, хто навчиться «читати» гени швидше і дешевше

У лабораторії , обладнаній на першому поверсі звичайного офісного будинку в каліфорнійському містечку Менло- Парк , в металевому ящику розміром з комод працюють два лазера. Минувши систему дзеркал та лінз , їх тонкі промені падають на маленьке скельце , вмонтований у дивний пристрій , своїми металевими ніжками нагадує робота- комаха з фантастичного фільму. Скельце усіяне тисячами отворів – такими крихітними , що їх неможливо побачити неозброєним поглядом. У кожному отворі – поміщені в спеціальний розчин зразки ДНК.

Що це за пристрій ? Перед нами дослідний зразок самого швидкодіючого з придуманих людиною декодера ДНК. ДНК складається з послідовності амінокислот – аденіну , тиміну , гуаніну і цитозину , скорочено A , T , G і C. Встановлення точної послідовності « літер» генетичного коду – це і є розшифровка ДНК , або , як кажуть фахівці , секвенування . 50 <! – 3 <! – <! -

Існуючі прилади – секвенатори витрачають на зчитування послідовності з мільйонів букв ДНК дні або навіть тижні . А ось пристрій з Менло- Парк зможе робити це за 15 хвилин. Творець приладу , фізик Стівен Тернер висунув ідею читання генетичного коду в наноотверстіях 12 років тому і в 2000 році , щоб втілити ідею в життя , заснував власну компанію . Для високотехнологічного бізнесу це був не найкращий час , і в відсутність венчурного капіталу Тернер , порадившись з дружиною , вклав у компанію всі свої невеликі заощадження – $ 65 000 .

Зараз Pacific Biosciences (скорочено PacBio , так Тернер називає свою компанію ) порівнюють з Google , Apple і Intel – але не за нинішнього становища в галузі, а за масштабом перевороту , який вона ще тільки може зробити в біології та медицині. «Якщо вони досягнуть успіху , у них в руках буде хороший бізнес , – каже нобелівський лауреат 2006 року і член ради директорів PacBio Роберт Корнберг . – У цієї технології винятковий потенціал ». За допомогою нового приладу дослідники, що займаються вірусами , зможуть швидко переглядати тисячі зразків ДНК. Чи вдасться розібрати геноми рослин , що не піддаються багатьом з нині існуючих приладів. У Стенфордському університеті прилади PacBio використовують не тільки для роботи з ДНК , але і для вивчення синтезу білків в клітині. Пристрій PacBio може стати потужним молекулярним мікроскопом , який дозволить дослідникам стежити за тим , як лікарський препарат блокує ферменти , і застосовувати отримані дані для створення більш дієвих ліків.

Пошук швидкого і дешевого способу зчитувати ДНК – одне з головних справ , яким зараз займаються генетики всього світу. Вартість читання ДНК однієї людини скоротилася з $ 1 млрд у 2000 році до $ 1 млн в 2007 році. Американська компанія Illumina цього літа почала продавати людські геноми по $ 50 000. Ще одна компанія з США , Complete Genomics , прогнозує , що завдяки одночасній обробці великого числа геномів в майбутньому році витрати на читання ДНК людини впадуть до $ 5000.

Зараз PacBio збирає десять пробних установок. Їх отримають великі академічні центри і компанії , бізнес яких так чи інакше пов’язаний з генетикою (наприклад , Monsanto , яка займається генно – модифікованими рослинами ) . Тернер планує почати продаж готових машин в другій половині майбутнього року. Ціна поки не розкривається , але очікується , що вона не перевищить $ 600 000 (правда , необхідні хімікати будуть коштувати теж сотні тисяч доларів). PacBio , в якій працюють 280 співробітників , залучила $ 260 млн венчурних інвестицій і шукає додаткові гроші , тому що до прогнозованого виходу на окупність в середині 2012 року вона планує витратити в цілому $ 350 млн. Наступна порція грошей може надійти у майбутньому році від розміщення акцій .

Сучасна епоха читання ДНК почалася в 1992 році , коли Крейг Вентер показав , як за допомогою безлічі існуючих тоді пристроїв з секвенування генів можна секвенувати цілий організм . Його метод використовувався в проекті « Геном людини» вартістю $ 3 млрд , здійсненому за підтримки уряду США .

В кінці 1990 – х біохімік Джонас Корлак і його друг Стів Тернер працювали в сусідніх лабораторіях Корнеллського університету. Корлак виношував альтернативний метод секвенування ДНК , дешевший і не поступається раніше у швидкодії .

Технологія того часу вимагала , щоб ДНК була розділена на невеликі відрізки , впроваджена в бактерії і потім поміщена в пристрої , які визначали генетичний код , сортуючи його « літери » A , T , G і C по довжині. Для цього методу було необхідно велике число молекул ДНК і безліч дорогих хімікатів.

В якості альтернативи Корлак запропонував « запротоколювати » процес копіювання ДНК в клітинах. Адже клітка зчитує і копіює весь геном кожного разу , коли ділиться. ДНК влаштована як застібка «блискавка» з літерами A , T , C і G замість зубчиків . Оскільки A з’єднується тільки з T , а G – тільки з C , якщо « розстебнути » і відновити молекулу , виходять дві однакові копії . Корлак запропонував позначити букви флуоресціюючими барвниками. А щоб відстежити слабке світіння фарбника , вирішено було використовувати скло, покрите найтоншим шаром алюмінію з мікроскопічними отворами , так званими безмодовимі хвилеводами . Тернер з дружиною почали витрачати свої заощадження на реєстрацію патентів ( щоб у них не було часток, що належать Корнеллського університету ) і на проведення досліджень , щоб отримати грант Національних інститутів охорони здоров’я. У 2003 році стаття Тернера , що описує перший прототип пристрою , була анонсована на обкладинці престижного журналу Science.

Його робота привернула увагу Вільяма Еріксона , партнера венчурної компанії Mohr Davidow Ventures . Більшість венчурних капіталістів не цікавилися секвенуванням генів , оскільки проект « Геном людини» вже був завершений , але Еріксон подумав , що дешеві апарати для секвенування – перспективний бізнес , і виділив Тернеру $ 5,5 млн (згодом ця сума значно зросла ) . Вчений пішов з Корнеллського університету і заснував PacBio . Щоб зосередитися на дослідницькій роботі , він не став претендувати на пост генерального директора компанії – його отримав Х’ю Мартін , топ -менеджер з телекомунікаційної галузі. Співавтор технології Корлак приєднався до компанії в березні 2004 року.

Поки в PacBio конструювали свій апарат , конкуренти не спали. Виходили на ринок нові пристрої істотно скоротили вартість секвенування . У 2007 році компанія 454 Life Sciences секвенований геном Джеймса Уотсона , який відкрив структуру молекули ДНК , за $ 1 млн. Complete Genomics недавно оголосила , що секвенований 14 людських геномів для Pfizer , Гарвардського університету та інших організацій по $ 20 000 за кожен. Замість того щоб продавати апарати , Complete займається секвенуванням сама , вона поставила справу на потік і скорочує витрати за рахунок одночасної роботи над безліччю геномів . Компанія заявляє , що наступного року секвеніруют 10 000 людських геномів . « Велика проблема для будь-якої компанії, що працює в області секвенування , полягає в тому , що процес стає занадто дешевим» , – вважає Ісаак Ро , аналітик з геноміки інвестиційного банку Leerink Swann .

PacBio побоюється конкуренції та акцентує увагу на ті можливості своєї машини , яких конкуренти позбавлені. Ніколас Шорк , професор Дослідницького інституту Скріппса в Сан -Дієго , намагається за допомогою технологій PacBio зрозуміти , чому деякі резистентні до фармакологічних препаратів бактерії більш смертоносні, ніж інші. Сучасні швидкісні секвенатори можуть читати лише короткі відрізки ДНК , які доводиться збирати в потрібній послідовності на суперкомп’ютері . «При цьому залишаються непоміченими випадки , коли порушення порядку ділянок ДНК перетворює нешкідливі колись бактерії в вбивць , – говорить він. – PacBio оперує більш великими елементами пазла ».

Апарат PacBio здатний секвенувати не тільки ДНК. Багато віруси містять молекулу РНК , схожу за будовою з молекулою ДНК. PacBio , на відміну від конкурентів , здатний безпосередньо секвенувати РНК. У перспективі це допоможе дослідникам зрозуміти , чому одні штами грипу небезпечніше інших . Апарат PacBio також дозволив дослідникам Стенфордського університету простежити за роботою рибосоми , яка синтезує в клітинах білки на підставі коду ДНК. Краще розуміючи роботу рибосоми , фармацевти зможуть розробити нові антибіотики , третина яких діє , пошкоджуючи рибосоми бактерій.

Зараз прототипи лежать розібраними на підлозі , а інженери доводять їх до розуму , щоб домогтися більш стійкої роботи . Судячи з усього , Тернер і його колеги – веселі люди : їх апарати названі іменами персонажів мультсеріалу «Сімпсони ».

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

Вы должны быть авторизованы, чтобы разместить комментарий.