Helicos BioSciences: le séquençage d'Heliscope par synthèse

Helicos BioSciences Corporation tire ses racines d'un article publié en avril 2003 dans les Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS) par le professeur Cal Tech et auteur principal, le Dr Steve Quake. L'article décrit le développement préliminaire d'une technique de séquençage d'ADN à une seule molécule dérivée de la méthode de Sanger pour le séquençage par synthèse . En utilisant la nouvelle technique, des signaux fluorescents ont été utilisés pour détecter les nucléotides triphosphates marqués incorporés sur des matrices d'ADN liées à une lame de quartz.

Malgré les limites de la sensibilité, de la rapidité et de la taille de la séquence disponible, la nouvelle méthode de séquençage décrite dans PNAS était nouvelle et promettait d'attirer l'attention des investisseurs de capital-risque qui ont contacté le professeur pour investir dans sa technologie. Selon un membre du personnel de longue date et le directeur de la recherche, le Dr Timothy Harris, les investisseurs en capital-risque devaient avoir quelque chose à propos de la technique que recherchaient les investisseurs en capital-risque:

. Habituellement, approchez les scientifiques, c'est l'inverse !

La publication de PNAS a été publiée le 1er avril 2003, le premier tour de financement d'une nouvelle société a été lancé le 19 décembre 2003 et le 2 janvier 2004, Helicos a ouvert ses portes avec 5 employés, dont le Dr Harris, un spécialiste de la science des mesures et de la technologie à une seule molécule. Helicos est actuellement située à Cambridge MA, aux États-Unis et, après deux tours de financement d'investissement, et à partir d'une introduction en bourse le 27 mai 2007, elle est maintenant cotée en bourse sous

NASDAQ: HLCS

.

Helicos est spécialisée dans les technologies d'analyse génétique, en particulier, une technologie de

True Séquençage de Single-Molecule (tSMS

TM ) ^{, validée par le séquençage du M13 génome viral tel que décrit dans Science Magazine en avril 2008. La plate-forme spécialisée tSMS} TM utilise le ^HeliScope TM Single Molecule Sequencer ^. Selon le Dr Harris, ce projet particulier a débuté en janvier 2004 et, en juin 2005, ils avaient séquencé avec succès le virus M13, une séquence pertinente sur le plan médical, décrite dans le document scientifique.

Comment fonctionne tSMS

TM

? ^{Un brin d'ADN d'environ 100-200 paires de bases est coupé en fragments plus petits en utilisant des enzymes de restriction, et des queues} polyA

sont ajoutées. Les brins raccourcis sont ensuite hybridés à la plaque de cellules d'écoulement Helicos, qui a des milliards de chaînes polyT liées à sa surface. Chaque modèle hybridé est séquencé à la fois. Donc des milliards par course peuvent être lus. L'étiquetage est effectué dans "quads" consistant en 4 cycles chacun, pour chacune des 4 bases nucléotidiques.Des bases marquées par fluorescence sont ajoutées, et un laser dans l'instrument éclaire l'étiquette, en prenant connaissance des brins qui occupent cette base marquée particulière. L'étiquette est ensuite clivée et le cycle suivant commence avec une nouvelle base. Après que la cellule d'écoulement a été traitée avec chaque base (4 cycles), le quad est complet, et un nouveau commence à nouveau avec la base nucléotidique initiale.

Actuellement, l'HeliScope

TM

peut lire des fragments d'ADN d'environ 55 paires de bases de longueur. Plus il y a de bases dans la séquence, plus le pourcentage de brins pouvant être utilisés dans un échantillon est faible, car certains brins cessent de s'allonger pendant le processus. ^{Pour les lectures d'environ 20 bases, environ 86% des brins peuvent être utilisés. Pour les lectures plus longues (55+ paires de bases), ce pourcentage tombe à environ 50%.} L'avantage de la molécule unique

Alors que plusieurs autres sociétés offrent diverses technologies de séquençage par synthèse avec des plateformes à haut débit, différents réactifs à des coûts comparables et pour des lectures courtes de 25 à 40 paires de bases, seules les lectures Helicos la séquence d'ADN un nucléotide à la fois avec leur technique de marquage brevetée qui est suffisamment sensible pour permettre des lectures sur une seule molécule. D'autres méthodes exigent que l'ADN soit amplifié (en utilisant la PCR) pour faire plusieurs (millions) de copies avant le séquençage. Il introduit le potentiel d'un degré significatif d'imprécision dû aux erreurs de traitement par les enzymes polymérases au cours de l'amplification.

En avril 2008, le HeliScopeTM aurait été capable de séquencer des milliards de bases nucléotidiques par jour.

Helicos est membre de la Coalition de médecine personnalisée et a reçu

subventions de «1000 $ génome»

. Le génome de 1000 $ en un jour est un objectif prévu qui nécessiterait que le séquenceur traite des milliards de bases par heure. Actuellement, le prototype de séquenceur prendrait des années pour identifier un génome entier, ce qui coûterait beaucoup plus de 1000 $. Les applications de la technologie tSMSTM sont nombreuses, y compris la détection de variants génétiques chez l'homme et d'autres espèces pour déterminer les causes de la maladie, la résistance aux antibiotiques chez les bactéries, la virilité des virus et plus encore. La capacité de détecter un seul gène sans amplification a de nombreuses utilisations potentielles en microbiologie environnementale, car les techniques génétiques sont souvent utilisées pour détecter des microorganismes viables non cultivables ou ceux trouvés dans le sol et d'autres matrices qui interdisent l'isolement par les méthodes actuelles. De plus, la nature des échantillons environnementaux présente souvent des difficultés pour l'amplification génique par PCR, en raison de problèmes de contamination. Cependant, ces difficultés devront également être surmontées pour que les enzymes polymérases utilisées dans tSMSTM fonctionnent sans interférence. La théorie qui sous-tend le séquençage d'une seule molécule est assez simple, et on peut se demander pourquoi personne n'y a pensé auparavant. Bien que cela semble assez simple, de nombreux composants techniques sont impliqués dans le développement de telles plates-formes, et de nombreux défis restent à relever pour maintenir Helicos, y compris le développement de nouvelles réactions chimiques et réactifs, plaques et lecteurs à haut débit.La capacité de détecter la fluorescence d'une seule étiquette sur une seule base nécessite

instrumentation hautement sensible

, et la chimie pour l'étiquetage et la détection des signaux doit être juste pour minimiser les interférences et optimiser la fidélité de l'ADN polymérase appliquée à des matrices immobilisées et à des nucléotides marqués. Ce sont quelques-uns des défis auxquels Helicos est confrontée, car elle continue de développer cette technologie dans l'espoir de livrer un jour le génome humain de 1 000 dollars.