Helicos生物科学公司

单分子技术的领导者

Helicos BioSciences公司的根源在于2003年4月在加州理工学院教授和主要作者Steve Quake博士发表在美国科学院院刊(PNAS)上的论文。 该论文描述了从Sanger方法合成测序的单分子DNA测序技术的初步开发。 利用这种新技术,利用荧光信号检测掺入结合在石英玻片上的DNA模板上的标记的三磷酸核苷酸。

尽管PNAS中所描述的新测序方法在灵敏度,速度和可获得序列的大小方面存在局限性,但是新颖且显示出足够的前景,可以吸引风险投资家的眼睛,这些风险投资家向那位教授寻求投资他的技术。 根据长期职员和研究高级主管Timothy Harris博士的说法,风险投资者一直在寻找这种技术,因为这是第一个 ,风险投资者通常不会接近科学家, 这是相反的方式

PNAS出版物于2003年4月1日发布,2003年12月19日开始为新公司提供第一轮融资,2004年1月2日,Helicos开放了5名员工,其中包括哈里斯博士测量科学和单分子技术专家。 Helicos目前位于美国剑桥市,经过两轮投资融资,并于2007年5月27日首次公开发行后,现已在纳斯达克证券交易所上市:HLCS

Helicos专注于基因分析技术,特别是真正的单分子测序(tSMS TM技术,该技术经过2008年4月科学杂志中所述的M13病毒基因组测序。专用tSMS TM平台使用HeliScope TM Single分子测序仪

哈里斯博士表示,这个特殊的项目于2004年1月开始,到2005年6月,他们已经成功测序了M13病毒,这是一篇医学相关的序列,在科学论文中描述。

tSMS TM如何工作?

使用限制性酶将大约100-200个碱基对的DNA链切成更小的片段,并加入polyA尾巴。 然后将缩短的链杂交到具有数十亿polyT链结合到其表面的Helicos流动池板上。 每个杂交模板一次测序。 因此可以读取每次运行数十亿次。 标记在由四个循环组成的“四元组”中进行,对于四个核苷酸碱基中的每一个。 添加荧光标记的碱基,仪器中的激光照亮标签,读取哪些链带有特定标记的碱基。 标签然后被劈开,下一个循环从新的基地开始。 每个碱基处理完流动池(4个循环)后,四极杆完成,新的核苷酸碱基开始重新开始。

目前,HeliScope TM可以读取约55个碱基对的DNA片段。 序列中的碱基越多,可用于样品的链的百分比就越低,因为在该过程期间一些链停止伸长。

对于20个左右碱基的阅读,可以使用约86%的链。 对于更长的读数(55+碱基对),这个百分比下降到约50%。

单分子优势

虽然其他几家公司提供各种高通量测序合成技术,各种不同的试剂,成本相当,而且对于25-40个碱基对的短读数,只有Helicos用其专利技术一次读取一个核苷酸的DNA序列标记技术足够敏感,可以读取单个分子。 其他方法要求在测序之前扩增 DNA(使用PCR )以制作多个(百万)拷贝。 由于在扩增过程中由于聚合酶的加工错误,它引入了显着程度的不准确性的可能性。

据报道,截至2008年4月,HeliScopeTM每天能够测序数十亿个核苷酸碱基。

Helicos是个性化医学联盟的成员,并获得“1000美元基因组”捐赠资助。 一天内1000美元的基因组是一个预计的目标,要求测序仪每小时处理数十亿个碱基。 目前,原型测序仪需要数年的时间才能确定整个基因组,这将花费超过1000美元。

tSMSTM技术的应用很多,包括检测人类和其他物种的遗传变异,以确定疾病的原因,细菌对抗生素的耐药性,病毒的毒力等等。 由于遗传技术通常用于检测活的,不可培养的微生物或在土壤和其他基质中发现的那些微生物,这些微生物不能通过目前的方法进行分离,所以在没有扩增的情况下检测单个基因的能力在环境微生物学中具有许多潜在用途。 此外,由于污染问题,环境样品的性质通常对使用PCR的基因扩增造成困难。 但是,为了使tSMSTM中使用的聚合酶在没有干扰的情况下发挥功能,也必须克服这些困难。

单分子测序背后的理论是相当基础的,你可能想知道为什么以前没有人想过它。 虽然听起来很简单,但开发这样的平台涉及许多技术组件,并且保持Helicos忙碌的许多挑战,包括开发新的化学反应和试剂,印版和高通量阅读器。 在单个碱基上检测单个标记荧光的能力需要高度敏感的仪器 ,标记和检测信号的化学需要恰到好处地 DNA聚合酶的保真度降到最低,并优化 DNA聚合酶的保真度 ,因为它应用于固定模板和标记核苷酸。 这些是Helicos面临的一些挑战,因为它继续开发这项技术,希望有朝一日能够提供价值1000美元的1天人类基因组。