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Secuenciación más sencilla del genoma
Una startup de Massachusetts llamada Noblegen está desarrollando una versión simplificada de la tecnología de secuenciación del genoma de nanoporos, una técnica que promete alta velocidad y bajos costos, pero que generalmente requiere de instrumentos complejos para su ejecución. Noblegen, fundada la primavera pasada, dice que la capacidad de su tecnología para leer directa y rápidamente secuencias de ADN podría hacer económicamente viable llevar la tecnología de secuenciación a los laboratorios clínicos para diagnosticar el cáncer y otras enfermedades.
Chip de nanoporos: Este chip de silicio es el núcleo de un instrumento de secuenciación de ADN que está desarrollando la startup Noblegen. En el centro del chip hay una serie de cientos de agujeros a nanoescala a través de los cuales viajan largas secuencias de ADN mientras se toman imágenes.
El director ejecutivo de Noblegen, Frank Feist, dice que el objetivo de la empresa es secuenciar a una velocidad de 1000 bases por segundo. La compañía no divulgará detalles de sus prototipos actuales, pero dice que la tecnología podría ampliarse a matrices de 400 por 400 nanoporos que secuencian más de 500 gigabases por hora, o aproximadamente un genoma, cubierto 30 veces, en 15 minutos.
Hoy en día, se necesita alrededor de un mes y entre $ 10,000 y $ 40,000 para secuenciar un genoma humano. Las tecnologías de secuenciación de próxima generación ofrecidas por compañías como Illumina y Pacific Biosciences han recorrido un largo camino, dice Jeffery Schloss, director del programa de desarrollo de tecnología en el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano, pero dejan mucho que desear. Estas tecnologías varían, pero en general, requieren una instrumentación compleja. También hay límites en la longitud de las secuencias que pueden leer y no las leen directamente. Esto afecta tanto a la cantidad de tiempo que se necesita para armar la secuencia como a la calidad de los datos.
Durante más de una década, los investigadores han estado trabajando en la secuenciación de nanoporos, que podría eliminar estos problemas leyendo directamente la secuencia de hebras largas de ADN sin procesar. El principio es identificar cada base en la secuencia a medida que la molécula se pasa a través de un orificio a nanoescala (o nanoporo) equipado con un sensor.
Pero integrar todas las partes y hacer que funcionen ha sido un desafío. Por ejemplo, algunos sistemas leen las bases detectando su campo eléctrico; esto requiere un circuito de procesamiento para cada nanoporo, y la integración de grandes conjuntos de tales sistemas es compleja. Una empresa, Oxford Nanopore, afirma haber desarrollado completamente dicho sistema, pero no ha mencionado ninguna fecha de lanzamiento del producto.
Noblegen utiliza imágenes ópticas para identificar las bases. Esto agrega un paso al principio, pero la compensación es que la instrumentación necesaria para la obtención de imágenes es mucho más simple. Primero, los investigadores de Noblegen convierten el ADN genómico en una versión sintética que se etiqueta con cuatro tintes fluorescentes diferentes, uno para cada tipo de base. Cada base de la secuencia original está representada por un segmento marcado con fluorescencia en el sintético.
Las secuencias sintéticas son leídas directamente por el instrumento relativamente simple de Noblegen. Se basa en un chip de silicio que se perfora para crear poros de unos pocos nanómetros de diámetro; el chip está iluminado por un láser económico. Las largas moléculas sintéticas, que están cargadas, son empujadas a través del agujero por fuerzas electrostáticas. Pero no pueden moverse demasiado rápido, porque las etiquetas fluorescentes son demasiado grandes para pasar por el poro. A medida que el ADN se mueve a través del poro, un segmento a la vez, las etiquetas se desprenden, creando un destello de luz. Esta luz es captada por un sensor CMOS simple como el de una cámara digital.
Feist dice que el objetivo de Noblegen es reducir agresivamente el costo y aumentar la velocidad de secuenciación de genomas completos hasta un punto en el que tenga sentido económico para los laboratorios de los hospitales en los próximos tres o cuatro años. Queremos entregar la secuenciación del genoma completo en el laboratorio [del hospital] dentro de las limitaciones financieras del sistema de atención médica, dice.
El laboratorio de la Universidad de Boston de Amit Meller, cuya tecnología NobleGen tiene licencia, recibió $ 4.2 millones en fondos del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano en septiembre pasado. Feist dice que eso se suma a los $ 4,1 millones en fondos que el profesor Meller ha recibido desde 2001, que se han destinado al desarrollo de consumibles e instrumentación de nanoporos. Agrega que la compañía necesitará otros $ 15 millones para desarrollar un prototipo a escala industrial.