„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]