أبسط تسلسل الجينوم

تعمل شركة ناشئة في ولاية ماساتشوستس تدعى Noblegen على تطوير نسخة مبسطة من تقنية تسلسل الجينوم ذات الثقوب النانوية - وهي تقنية تعد بسرعة عالية وتكاليف منخفضة ولكنها تتطلب عادةً أدوات معقدة لتنفيذها. تقول شركة Noblegen ، التي تأسست الربيع الماضي ، إن قدرة تقنيتها على قراءة تسلسل الحمض النووي بشكل مباشر وسريع يمكن أن تجعل من المجدي اقتصاديًا إدخال تقنية التسلسل في المختبرات السريرية لتشخيص السرطان والأمراض الأخرى.

رقاقة Nanopore: شريحة السيليكون هذه هي جوهر أداة تسلسل الحمض النووي التي طورتها شركة Noblegen الناشئة. يوجد في وسط الرقاقة مجموعة من مئات الثقوب النانوية التي تنتقل عبرها تسلسلات طويلة من الحمض النووي أثناء التصوير.

المشاكل التي يمكن حلها بالتكنولوجيا

يقول فرانك فيست ، الرئيس التنفيذي لشركة Noblegen ، إن هدف الشركة هو التسلسل بمعدل 1000 قاعدة في الثانية. لن تفصح الشركة عن تفاصيل نماذجها الأولية الحالية ، لكنها تقول إنه يمكن توسيع نطاق التكنولوجيا إلى مصفوفات من 400 × 400 نانوبور تتسلسل أكثر من 500 جيجا بايت في الساعة - أو حوالي جينوم واحد ، تمت تغطيته 30 مرة ، في 15 دقيقة.



اليوم ، يستغرق الأمر حوالي شهر و 10،000 دولار إلى 40،000 دولار لتسلسل الجينوم البشري. لقد قطعت تقنيات التسلسل من الجيل التالي التي تقدمها الشركات بما في ذلك Illumina و Pacific Biosciences شوطًا طويلاً للغاية ، كما يقول جيفري شلوس ، مدير برنامج تطوير التكنولوجيا في المعهد القومي لأبحاث الجينوم البشري ، لكنها تترك قدرًا لا بأس به مما هو مرغوب فيه. تختلف هذه التقنيات ، لكنها تتطلب عمومًا أجهزة معقدة. هناك أيضًا حدود لطول التسلسلات التي يمكنهم قراءتها ، وهم لا يقرؤون تلك التسلسلات مباشرة. يؤثر هذا على مقدار الوقت المستغرق لوضع التسلسل معًا وجودة البيانات.

لأكثر من عقد من الزمان ، عمل الباحثون على تسلسل الثقوب النانوية ، والذي يمكن أن يقضي على هذه المشاكل عن طريق قراءة تسلسل خيوط الحمض النووي الطويلة غير المعالجة مباشرة. يتمثل المبدأ في تحديد كل قاعدة في التسلسل حيث يتم تمرير الجزيء عبر ثقب بمقياس نانوي (أو ثقب نانوي) مزود بجهاز استشعار.

هل الحيوانات المهجنة البشرية ممكنة

لكن دمج جميع الأجزاء وجعلها تعمل كان أمرًا صعبًا. على سبيل المثال ، تقرأ بعض الأنظمة القواعد من خلال استشعار مجالها الكهربائي ؛ وهذا يتطلب دائرة معالجة لكل ثقب نانوي ، ودمج مصفوفات كبيرة من هذه الأنظمة أمر معقد. تزعم إحدى الشركات ، وهي Oxford Nanopore ، أنها طورت مثل هذا النظام بالكامل ، لكنها لم تحدد أي تواريخ لإطلاق المنتج.

يستخدم Noblegen التصوير البصري لتحديد القواعد. يضيف هذا خطوة في البداية ، ولكن المفاضلة هي أن الأجهزة اللازمة للتصوير أبسط بكثير. أولاً ، قام باحثو نوبلجن بتحويل الحمض النووي الجيني إلى نسخة اصطناعية مُصنَّفة بأربعة أصباغ فلورية مختلفة ، واحدة لكل نوع من أنواع القواعد. يتم تمثيل كل قاعدة في التسلسل الأصلي بقطعة واحدة ذات علامة فلورية في القطعة الاصطناعية.

ثم تتم قراءة التسلسلات التركيبية مباشرة بواسطة آلة نوبلجن البسيطة نسبيًا. إنها تعتمد على شريحة سيليكون يتم حفرها لإنشاء مسام يبلغ قطرها بضعة نانومترات فقط ؛ الرقاقة مضاءة بواسطة ليزر غير مكلف. يتم سحب الجزيئات الاصطناعية الطويلة المشحونة عبر الفتحة بواسطة القوى الكهروستاتيكية. لكنها لا تستطيع التحرك بسرعة كبيرة ، لأن ملصقات الفلورسنت أكبر من أن تتناسب مع المسام. عندما يتحرك الحمض النووي عبر المسام قطعة واحدة في كل مرة ، تنفجر الملصقات ، مما يخلق وميضًا من الضوء. يتم تصوير هذا الضوء بواسطة مستشعر CMOS بسيط مثل الموجود في الكاميرا الرقمية.

يقول فيست إن هدف Noblegen هو تقليل التكلفة وزيادة سرعة تسلسل الجينوم الكامل إلى درجة يكون فيها ذلك منطقيًا اقتصاديًا لمختبرات المستشفيات في السنوات الثلاث أو الأربع القادمة. نحن نريد تقديم تسلسل الجينوم الكامل في مختبر [المستشفى] ضمن القيود المالية لنظام الرعاية الصحية ، كما يقول.

الماء على القمر

تلقى مختبر جامعة بوسطن التابع لأميت ميلر ، الذي رخصت التكنولوجيا الخاصة به لشركة NobleGen ، تمويلًا بقيمة 4.2 مليون دولار من المعهد القومي لأبحاث الجينوم البشري في سبتمبر الماضي. يقول فيست إن ذلك يأتي بالإضافة إلى 4.1 مليون دولار من التمويل الذي تلقاه البروفيسور ميلر منذ عام 2001 والذي ذهب إلى تطوير الأجهزة الاستهلاكية والأجهزة ذات الثقوب النانوية. ويضيف أن الشركة ستحتاج إلى 15 مليون دولار أخرى لتطوير نموذج أولي على نطاق صناعي.

يخفي

التقنيات الفعلية

فئة

غير مصنف

تكنولوجيا

التكنولوجيا الحيوية

سياسة التكنولوجيا

تغير المناخ

البشر والتكنولوجيا

وادي السيليكون

الحوسبة

مجلة Mit News

الذكاء الاصطناعي

الفراغ

المدن الذكية

بلوكشين

قصة مميزة

الملف الشخصي للخريجين

اتصال الخريجين

ميزة أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

1865

وجهة نظري

77 Mass Ave

قابل المؤلف

ملامح في الكرم

شوهد في الحرم الجامعي

خطابات الخريجين

أخبار

انتخابات 2020

فهرس With

تحت القبه

خرطوم الحريق

مؤشر With

قصص لانهائية

مشروع تكنولوجيا الوباء

من الرئيس

غلاف القصه

معرض الصور

موصى به