Genetinės medžiagos sekos nustatymas

„Nanoporų-igalintas genų sekos nustatymas gali pakeisti DNR analizę.

    Genetikai mėgsta lyginti pažangą savo srityje su didžiuliu naujovių kompiuteriuose greičiu. Ten dideli, lėti pagrindiniai kompiuteriai išsivystė į greitus, vidutinio dydžio stalinius kompiuterius, o paskui į kišeninio dydžio superkompiuterius, žinomus, kaip išmanieji telefonai. Panašiai 2003 m. buvo paskelbta pirmojo žmogaus genomo sekos nustatymas, vykstant didelei pompai ir triukšmui. Šios sekos nustatymas  truko 13 metų ir kainavo apie 3 mlrd. dolerių. Praėjus dviem dešimtmečiams, žmogaus genomo sekos nustatymas atsieis jums apie 600 dolerių ir gali būti atliktas per savaitę.

    Gordonas Sanghera, to paties pavadinimo Didžiosios Britanijos universitetiniame mieste įsikūrusios firmos „Oxford Nanopore“ vadovas, mano, kad vis dėlto yra vietos padaryti daugiau. Jo įmonė turėjo debiutuoti Londono vertybinių popierių biržoje. Jos technologija, nanoporų-įgalintas sekos nustatymas, gali sumažinti genų analizės išlaidas ir sutrumpinti laiką nuo dienų iki valandų ar net minučių. Tuo pačiu metu, kaip ir išmanieji telefonai, naudodamiesi skaičiavimu, genų sekos nustatymo aparatai gali būti pakankamai maži, kad tilptų kišenėje, o ne darbalaukyje.

    Nanoporų-įgalintam sekos nustatymui naudojamos inžinerinės baltymų versijos, kurios gamtoje atveria skylutes ląstelių membranose, kad jonai (elektra įkrauti atomai, tokie kaip kalis ir chloras) galėtų patekti ir išeiti. Šie baltymai naudojami skylėms membranoje, skiriančioje dvi kameras, pripildytas skysčio, pradurti, ir įjungiama elektros srovė. Tada DNR, kurią reikia sekti, tiekiama per skylę. DNR saugo savo informaciją, naudodama keturias skirtingas chemines bazes, sutrumpintas kaip A, C, G ir T. Kiekvienas iš jų turi skirtingą formą ir iš dalies blokuoja poras. Tai sukelia skirtingus srovės svyravimus, leidžiantį skaityti bazių seką.

    Sanghera sako, kad nanoporų-įgalinto sekos nustatymo idėja kilo dešimtajame dešimtmetyje. Tačiau jos komercializavimas užtruko daug metų. Vienas triukas yra užtikrinti, kad DNR molekulės judėtų per poras nuspėjamu greičiu-ir niekada negrįžtų atgal-tai, ką įmonė išsprendė specialiai sukurta molekuline terkšle. Biologinius technologijos elementus integruoti su siliciu buvo sudėtinga. Ir pora savaime nejaučia atskirų bazių, bet jaučia jų derinius. Šių signalų vertimas atliekamas, naudojant mašininį mokymąsi - technologiją, kuri atsirado tik per pastaruosius kelerius metus.

    Nanoporų-įgalintas sekos nustatymas suteikia keletą pranašumų, palyginti su kitais metodais. Jo kompaktiškumas yra vienas iš tokių pranašumų. Mažiausias „Oxford Nanopore“ gaminys, „MInION“, yra stambaus mobiliojo telefono dydžio. Esami sekvenatoriai primena šaldytuvus-šaldiklius arba (geriausiu atveju) mikrobangų krosneles. „MInION“ smulkumas leidžia atlikti lauko analizę, nereikia siųsti mėginių į tolimą laboratoriją. Jis buvo naudojamas visur - nuo Norvegijos ledynų iki Velso anglies kasyklų iki Tarptautinės kosminės stoties.

    Kitas privalumas yra greitis. Ankstesnės technologijos suskaldė DNR į fragmentus, padarė kopijas ir pažymėjo jas fluorescencinėmis cheminėmis medžiagomis. Tam reikia laiko. Manoma, kad viso žmogaus genomo sekos nustatymo rekordas yra 13 valandų. Oksfordo „Nanopore“ mano, kad tai gali reguliariai sumažinti iki kelių valandų. Be to, nanoporų metodas suteikia nuolatinį nuskaitymą. Kiti metodai duoda rezultatą tik pabaigoje.

    Tuo tarpu susmulkinus DNR į mažus fragmentus, sunku išsiaiškinti, kas vyksta regionuose, kuriuos sudaro pasikartojančios sekos. Įrenginiai, kurių pagrindą sudaro nanopora, gali nuskaityti milijonų bazių ilgio DNR fragmentą, taip suteikiant aiškesnį vaizdą apie tai, kas vyksta. Ir jie gali jausti metilinimą-cheminę bazių modifikaciją, kuri yra svarbi priemonė, kuria organizme reguliuojama genų ekspresija.

    Paleidimo seka

    Popieriuje nanoporų-įgalintas sekos nustatymas skamba transformuojančiai. Ar tai išsipildys realybėje, dar neaišku. Kaip ir visi geri technologijų kūrėjai, „Oxford Nanopore“ dar neturi pelno, nors tikisi tai padaryti per penkerius metus. (Jos nuostoliai pernai siekė 73 mln. svarų sterlingų, arba 98 mln. dolerių, o pajamos siekė 114 mln. svarų.) Banko „Jefferies“ analitikas Julianas Robertsas teigia, kad pasaulinė genų sekos rinka yra verta 7,5 mlrd. dolerių per metus ir auga dešimtimis [procentų] per metus-sveika, bet ne įspūdinga“. Joje dominuoja San Diege įsikūrusi įmonė „Illumina“.

 

    Tačiau, sako p. Robertsas, kaip ir kompiuterių atveju, geresnės technologijos gali sukelti naujų panaudojimo būdų, todėl rinka tampa didesnė. Pigus, realaus laiko, genų sekos nustatymas gali paskatinti viską, pradedant nuo vėžio gydymo (tyrėjai Norvegijoje nori jį panaudoti smegenų auglių genomams skaityti operacijos metu), įskaitant aplinkos modeliavimu ir baigiant ligų stebėjimu (sekos nustatymas naudingas COVID-19 pandemijoje, kad sužinoti, kokį viruso variantą turi pacientas. Ši programa, visų pirma, yra aukščiausias prioritetas daugelio epidemiologų mintyse).

 

    Firmos pasirinkimas įtraukti į sąrašą Londone, o ne Amerikoje prieštarauja įprastinei išminčiai, kuri teigia, kad Amerika siūlo taupesnius investuotojus, kurie šiandien yra labiau pasirengę toleruoti nuostolius, kad rytoj gautų didelę išmoką. Ir firma tikisi, kad kol kas liks britiška. Jos akcijų struktūra suteikia dr. Sangherai (arba, jei jis nepasiekiamas, dviems kitiems vyresniesiems vadovams) galimybę blokuoti nepageidaujamus perėmimus. Ponas Robertsas nurodo pavyzdį „Solexa“ - britų firmos, kurią „Illumina“ 2006 metais nusipirko už 600 mln. Šiais laikais „Solexa“ technologija yra „Ilumina“ verslo pagrindas, o amerikiečių kompanijos vertė yra 64 mlrd. dolerių“. [1]

1.  "A hole in one? Sequencing genetic material." The Economist, 2 Oct. 2021, p. 66(US).

Sequencing genetic material

 “Nanopore gene sequencing may transform DNA analysis.

GENETICISTS LIKE to compare progress in their field with the breakneck speed of innovation in computing. There, large, slow mainframes developed into fast, midsized desktops and then into the pocket-sized supercomputers known as smartphones. Similarly, the sequencing of the first human genome was announced, amid great pomp and fanfare, in 2003. It had taken 13 years and cost around $3bn. Two decades on, sequencing a human genome will set you back around $600, and might be done within a week.

Gordon Sanghera, boss of Oxford Nanopore, a firm based in the eponymous British university town, thinks, however, there is room for more. As The Economist went to press his company was set to make its debut on the London Stock Exchange. Its technology, nanopore sequencing, can cut the cost of gene analysis and reduce the time involved from days to hours or even minutes. At the same time, just as smartphones did with computing, it can make gene sequencers small enough to fit in a pocket rather than on a desktop.

Nanopore sequencing employs engineered versions of proteins that, in nature, open holes in cell membranes to allow ions (electrically charged atoms of things like potassium and chlorine) in and out. These proteins are used to punch holes in a membrane separating two chambers full of liquid, and an electrical current is applied. The DNA to be sequenced is then fed through the hole. DNA stores its information using four different chemical bases, abbreviated as A, C, G and T. Each has a different shape, and partially blocks the pore in a different way. That causes different fluctuations in the current, allowing the sequence of bases to be read.

The idea of nanopore sequencing dates back to 1990s, says Dr Sanghera. But commercialising it has taken many years. One trick is to ensure DNA molecules move through pores at a predictable speed--and never go backwards--something the firm has solved with a specially designed molecular ratchet. Integrating the biological bits of the technology with the silicon ones has been tricky. And a pore does not, by itself, sense individual bases, but combinations of them. Translating those signals is done with the help of machine learning, a technology that has come into its own only in the past few years.

Nanopore sequencing offers several advantages over other approaches. Its compactness is one. Oxford Nanopore's smallest product, the MInION, is the size of a chunky mobile phone. Existing sequencers resemble fridge-freezers or (at best) microwave ovens. The MInION's minuteness permits field analyses, with no need to send samples off to a distant laboratory. It has been used everywhere from Norwegian glaciers to Welsh coal mines to the International Space Station.

Another advantage is speed. Previous technologies have chopped DNA into fragments, made copies and tagged them with fluorescent chemicals. That takes time. The record for sequencing an entire human genome is believed to be 13 hours. Oxford Nanopore reckons it can cut this routinely to a handful of hours. And the nanopore approach also provides a continuous read-out. Other methods deliver a result only at the end.

Chopping DNA into tiny fragments, meanwhile, makes it hard to work out what is going on in regions made up of repetitive sequences. Nanopore-based devices can read piece of DNA millions of bases long, offering a clearer picture of what is happening. And they can sense methylation--a chemical modification of bases that is an important means by which gene expression is regulated in a body.

Launch sequence

On paper, nanopore sequencing sounds transformative. Whether that will come to pass in reality remains to be seen. Like all good tech startups, Oxford Nanopore has yet to turn a profit, though it hopes to do so within five years. (Its losses last year were £73m, or $98m, on revenues of £114m.) Julian Roberts, an analyst at Jefferies, a bank, says the world market for gene sequencing is worth perhaps $7.5bn a year and is growing "in the low teens [per cent] per year--healthy, but not spectacular". It is dominated by Illumina, a firm based in San Diego.

But, says Mr Roberts, as with computers, better technology may create new uses, making the market bigger. Cheap, real-time gene sequencing could boost everything from cancer treatment (researchers in Norway are looking to use it to read the genomes of brain tumours during surgery) to environmental modelling to disease surveillance (the usefulness of sequencing in the covid-19 pandemic has put this application, in particular, uppermost in many epidemiologist's minds).

The firm's choice to list in London rather than America goes against conventional wisdom, which holds that America offers savvier investors who are more prepared to tolerate losses today for the prospect of a big payout tomorrow. And it hopes, for now, to stay British. Its shareholding structure gives Dr Sanghera (or, if he is unavailable, two other senior managers) the ability to block unwelcome takeovers. Mr Roberts points to the example of Solexa, a British firm bought by Illumina in 2006 for $600m. These days, Solexa's technology is a foundation of Ilumina's business, and the American company is worth $64bn." [1]

1.  "A hole in one? Sequencing genetic material." The Economist, 2 Oct. 2021, p. 66(US).

 

Prieglobsčio įstatymo paaiškinimas

"Prieš Holokaustą JAV mažai atskyrė  žmones, bėgančius iš savo šalių dėl persekiojimo, ir imigrantų, ieškančių naujų ekonominių galimybių. Tačiau pasibaigus Antrajam pasauliniam karui atsirado nauja įstatymų ir organizacijų sistema, skirta padėti Europos pabėgėliams imigruoti.

1951 m. Jungtinės Tautos priėmė Ženevos pabėgėlių konvenciją, pagal kurią pabėgėliai buvo apibrėžti kaip tie, kurie negali arba nenori grįžti į savo šalį dėl persekiojimo arba dėl pagrįstos persekiojimo baimės, remiantis rasės, religijos, tautybės ar narystės socialinėje grupėje požymiais ar remiantis politine nuomone. 1967 m. Jungtinės Tautos išplėtė šio apibrėžimo taikymo sritį, kuri buvo taikoma tik žmonėms, bėgantiems nuo įvykių iki 1951 m. Europoje, ir pritaikė žmonėms, bėgantiems iš bet kurios pasaulio vietos ir bet kuriuo metu.

 

JAV nepasirašė Ženevos pabėgėlių konvencijos, tačiau Kongresas priėmė kai kurias pagrindines jos nuostatas, įskaitant tarptautinį pabėgėlio apibrėžimą, į JAV imigracijos įstatymą, kai priėmė 1980 m. Pabėgėlių įstatymą. Jungtinėse Valstijose asmuo taip pat turi Tarptautinio gelbėjimo komiteto teigimu, atitikti kriterijus, kad gauti prieglobstį: pagrindinis skirtumas yra tas, kad pabėgėliams suteikiamas pabėgėlio statusas už priimančiosios šalies ribų, o prieglobsčio prašytojams - joje.

Pagal JAV įstatymus žmonėms, kuriems suteiktas prieglobsčio statusas, leidžiama pasilikti šalyje ir turėti teisę dirbti, keliauti ir prašyti, kad prie jų prisijungtų sutuoktinis ar vaikai iki 21 metų “.