Cara Kerja Ion Proton Sequencer

Ion Proton Sequencer ... Nah, itu nama yang tangguh. Dan itu adalah salah satu yang dapat diterapkan pada hampir semua teknologi dari sci-fi fantastik. Apakah itu benda yang mereka gunakan untuk memancarkan Kirk, Spock, Bones, dan "Baju Merah" yang malang ke permukaan setiap planet yang tidak dikenal? Negatif. Itu adalah pengangkut. Apakah ini salah satu penemuan gagal Dr. Thaddeus Venture dari "The Venture Bros." seri? Tidak, Anda sedang memikirkan locator metasonik yang satu itu.

Jika Ion Proton Sequencer adalah sebuah fiksi -- yang bukan -- itu akan ditemukan di laboratorium medis dari setiap kapal luar angkasa eksplorasi luar angkasa; itu akan mempelajari bentuk kehidupan baru dan mencari tahu berapa banyak perjalanan di transporter akan mengurangi heliks ganda DNA Anda menjadi sesuatu yang terlihat seperti tiang pemadam kebakaran. Namun sayang, mesin itu adalah perangkat penelitian medis yang nyata dan revolusioner.

Itu adalah yang pertama dalam generasi baru sequencer yang dapat memecahkan kode seluruh genom manusia dengan cepat dan murah. Dikurangi waktu untuk menyiapkan sampel DNA, pemrosesan hanya membutuhkan waktu sekitar satu hari. Dan perusahaan mengatakan biaya tes sekitar $1.000.

Kedua faktor tersebut membuat mesin ini -- dan para pesaingnya, seperti Illumina dan Pacific Biosciences -- pengubah permainan yang lengkap untuk penelitian dan perawatan medis. Sampai saat ini, decoding genetik masih agak jarang karena biaya mahal dan waktu yang terlibat. Ini bisa memakan waktu berhari-hari atau berminggu-minggu hanya untuk membaca urutan DNA parsial. Dan decoding penuh genom seseorang menghabiskan biaya ratusan ribu dolar hanya beberapa tahun yang lalu [sumber: NOVA ].

Akibatnya, teknologi semacam ini biasanya disediakan untuk lingkungan lab. Kecuali jika dokter atau peneliti sedang menangani kasus medis yang luar biasa dengan konsekuensi kesehatan yang meluas, pemeriksaan genetik seperti itu biasanya tidak praktis.

Salah satu kasus yang luar biasa terjadi pada tahun 2011, ketika jenis baru E. coli muncul di Jerman. Sementara para peneliti sibuk melacak sumbernya, para peneliti melihat susunan bakteri baru ini. Mereka menggunakan pendahulu dari Ion Proton Sequencer yang disebut Personal Genome Machine (PGM) Sequencer. Itu dibuat oleh perusahaan yang sama, Life Technologies, dan dapat membaca sebagian besar cetak biru genetik organisme dalam hitungan jam, bukan minggu.

Para peneliti dapat membandingkan cetak biru itu dengan E. coli yang telah didekode sebelumnya dan menentukan bahwa mereka berhadapan dengan varian baru dan memahami beberapa sifatnya, seperti toksisitas dan antibiotik mana yang mungkin ditentangnya. Berbekal data itu, dokter memiliki peluang lebih baik dalam membantu pasien yang terinfeksi patogen. Pada akhirnya, lebih dari 4.000 orang terinfeksi, dan 50 kasus yang diketahui terbunuh olehnya [sumber: Organisasi Kesehatan Dunia ].

Jadi, kita tahu pengurutan genetik adalah hal yang kuat. Sudah terbukti dapat membantu menghentikan wabah. Mari kita pelajari tentang perkembangan yang memungkinkan Sequencer Ion Proton dan apa yang bisa dilakukan untuk pengobatan masa depan.

Isi

1. Apa yang Membuat Ion Proton Sequencer Begitu Istimewa?
2. Menempatkan Proton untuk Bekerja
3. Bagaimana Pengurutan Genom Akan Menguntungkan Anda
4. Kelemahan dari Urutan Genom Manusia Setiap Orang Human
5. Catatan Penulis

Kita akan meletakkan nama hal untuk beristirahat. Ion. Proton. pengurut. Namanya pada dasarnya adalah taksonomi perusahaan. "Ion" berasal dari Ion Torrent, nama merek (dimiliki oleh Life Technologies) yang membuat perangkat ini. "Proton" adalah nama model produk ini; seperti menamai mobil "Fusion" atau "Tribeca", mobil-mobil itu tidak menggunakan tenaga nuklir, juga tidak dibangun di lingkungan Manhattan yang trendi. Dan "Sequencer", itulah mesinnya -- sebuah sequencer. Kami akan menyebutnya Proton untuk jangka pendek.

Sistem ini diresmikan pada Januari 2012 dan mendapat perhatian langsung karena klaimnya yang berani untuk mengirimkan sekuens genetik senilai $1.000 dalam satu hari. Mengingat genom manusia telah didekodekan sembilan tahun sebelumnya, berpotensi menempatkan kekuatan informasi genetik manusia ke setiap rumah sakit adalah lompatan besar ke depan.

Perusahaan mengumumkan bahwa chip Proton 1 untuk sequencer barunya akan tersedia pada pertengahan 2012 dan mampu menangani pekerjaan sequencing yang jauh lebih besar daripada pendahulunya, Personal Genome Machine (PGM). Pada akhir 2012, Life Technologies mengatakan akan memiliki chip Proton II di pasar, yang dapat mengambil seluruh genom manusia dalam satu kesempatan.

Dari perspektif skalabilitas, Proton adalah sukses besar. Seluruh mesin kira-kira seukuran printer laser berukuran sedang yang mungkin Anda temukan di kantor mana pun, dan harganya sekitar $ 150.000. Itu tiga kali lipat dari PGM, tapi itu masih banyak kemampuan yang menghancurkan bumi untuk dolar medis Anda, mengingat bahwa MRImesin dapat menjalankan beberapa juta dolar. Memang, hasil yang ditawarkan dari MRI dan pengurutan genetik adalah apel dan jeruk pepatah, tetapi keduanya merupakan prosedur noninvasif yang memungkinkan dokter mengamati kondisi pasien dengan detail yang menyelamatkan jiwa. Mempertimbangkan bagaimana MRI berkembang menjadi alat di gudang standar setiap rumah sakit, kemungkinan sequencer akan menjadi yang besar berikutnya yang harus dimiliki untuk setiap rumah sakit berukuran cukup dalam beberapa tahun ke depan. Faktor pembatas terbesar mungkin terbukti dengan menemukan personel terlatih untuk menjalankan tes dan menafsirkan data, serta menerima persetujuan Badan Pengawas Obat dan Makanan AS untuk penggunaan medis. Tapi kita akan membicarakannya nanti.

Seperti yang dapat Anda bayangkan, perusahaan berbaris bersama Life Technologies untuk memenuhi permintaan ini. Beberapa hari sebelum Proton diumumkan, pesaing Illumina merilis sistem yang sebanding, HiSeq 2500 (sekitar $740.000 untuk membeli yang baru). Sementara spekulasi awal menunjukkan bahwa sistem Illumina dapat memberikan pembacaan yang lebih bersih pada satu tes, Proton tampaknya menjadi pemenang dalam pertempuran label harga [sumber: Herper ]. Faktanya, sekarang perusahaan ilmu kehidupan seperti Life Technologies, Illumina dan Pacific Biosciences telah membuat genom manusia lebih mudah diakses, kemungkinan akan ada ledakan sequencer pada berbagai titik harga yang bersaing untuk ruang lab di antara para peneliti dan fasilitas medis.

Proton dapat menangani segala macam pengurutan apakah itu berbasis DNA - atau RNA- (asam ribonukleat). Life Technologies mengatakan mesin ini cocok untuk mengurutkan hal berikut:

Sebelumnya, teknik sekuensing resolusi rendah hanya memungkinkan peneliti untuk memeriksa sebagian kecil data genetik. Para peneliti juga harus sudah memiliki gagasan tentang apa yang mereka coba temukan. Dengan generasi sekuenser yang lebih baru ini, mereka dapat menangkap rentang data yang lebih lama. Siap untuk menguraikan beberapa? Dua bahan terpenting dalam proses ini adalah untaian DNA dan chip berisi sensor sequencer.

Sebelum Anda dapat mengumpulkan data, Anda harus menyiapkan sampel Anda, bukan? Ada sistem untuk itu. yang otomatis. Misalnya, pada saat kami menulis artikel ini, Anda dapat membeli Sistem Ion OneTouch seharga $14.490 untuk menangani preparasi sampel dalam waktu kira-kira empat jam untuk pendahulu Proton, Personal Genome Machine.

Sekarang kita beralih ke chip. Chip semikonduktor Proton I diisi dengan 165 juta sensor yang bekerja sedikit seperti yang ada di dalam kamera digital. Di atas sensor terdapat sumur kecil tempat sampel DNA berada. Sampel diledakkan dengan nukleotida (blok pembangun asam nukleat seperti DNA). Jika nukleotida bergabung dengan sampel, ion hidrogen dilepaskan, sehingga sensor ini memantau keasaman larutan untuk perubahan. Secara teknis, metode berbasis pH ini disebut Ion Semiconductor Sequencing .

Chip adalah tempat kekuatan mesin Proton benar-benar berada. Chip Proton II direncanakan memiliki 660 juta sensor. Semua sensor itu sangat berguna ketika Anda ingat bahwa 3,1 miliar basa membentuk genom manusia. Seperti kamera digital , chip yang lebih kuat berarti hasil yang lebih detail dan, untuk sequencer, tampilan untai DNA yang lebih panjang. Dengan setiap kemajuan dalam semikonduktor, ada langkah lain dalam resolusi.

Setelah dimuat ke dalam Proton, chip, dengan semua sensornya, membaca untaian DNA sementara perangkat lunak menganalisis data untuk kelengkapan dan akurasi, mengirimkan data ke peneliti.

Menurut Life Technologies, sensor dan sample prep kit menghasilkan total sekitar $1.000, dan Proton adalah unit kecil, jadi itu bukan babi energi.

Di satu sisi, pengurutan sebenarnya adalah bagian yang mudah. Area pengembangan besar berikutnya dalam perangkat lunak adalah membantu peneliti dan dokter melihat dan memahami pola dalam genom dengan lebih mudah. Bagaimanapun, genom manusia mengandung lebih dari 20.000 gen [sumber: NOVA ]. Gudang informasi genetik yang benar-benar harus disortir untuk membuat temuan apa pun.

Sekarang setelah kita memiliki pemahaman kasar tentang prosesnya, mari kita jelajahi kemungkinan penggunaan pengurutan.

DL pada DNA

Mari kita kembali sedikit ke Biologi 101. Setiap sel manusia di dalam tubuh mengandung DNA. Untaian informasi dalam DNA dari sel ke sel adalah identik, namun mereka akan sedikit berbeda biasanya karena ekspresi gen, daripada perbedaan dalam urutan itu sendiri [sumber: Shaw dan Ralston ]. Perbedaan di mana gen dihidupkan atau dimatikan memberi sel sifat dasarnya, misalnya, membedakan sel kulit dari sel saraf.

Mari kita mulai dengan menyebutkan bahwa sulit untuk melebih-lebihkan pentingnya pengurutan genom. Kami telah melihatnya membuka kunci bakteri pembunuh baru. Jadi apa lagi yang bisa dilakukannya? Nah, karena DNA adalah kode sumber untuk semua kehidupan di planet kita, memiliki kemampuan untuk membaca untaian kecil informasi yang samar itu akan membantu para peneliti dan dokter memahami dasar penyakit.

Ambil contoh, kanker. Sepanjang hari, sel-sel bereproduksi dalam tubuh kita, menggunakan informasi genetik itu dalam DNA mereka. Kanker terjadi ketika beberapa informasi itu disalin secara tidak benar, menghasilkan sel-sel dari jenis yang berbeda. Mampu membaca sel-sel itu membantu kita memahami, pada tingkat yang lebih dalam, jenis kanker yang mungkin dihadapi pasien dan dapat mengidentifikasi kecenderungan genetik untuk kanker. Ini juga dapat membantu dokter menunjukkan kelemahan dalam kanker yang berbeda untuk membuat perawatan baru.

Transkripsi genom juga dapat digunakan untuk memberi manfaat bagi pasien yang sehat dengan cara pencegahan. Begitu banyak masalah kesehatan yang berakar pada gen kita . Misalnya, beberapa keluarga mungkin memiliki kecenderungan terhadap penyakit jantung, diabetes, atau bahkan alkoholisme. Menggunakan perangkat lunak khusus yang membaca pola dalam urutan gen, dokter dapat memperingatkan pasien tentang area rentan mereka.

Itu tidak berarti pengurutan genom dapat memprediksi bahwa pasien tertentu akan mengalami serangan jantung atau menjadi pecandu alkohol, tetapi dapat memperingatkan orang itu jika dia berada pada risiko yang lebih besar. Kemudian, mereka dapat membuat keputusan yang tepat untuk mengatasi risiko tersebut sebelum menjadi darurat medis. Hal yang sama dapat dilakukan untuk segala hal mulai dari penyakit Alzheimer hingga masalah kepadatan tulang.

Masuk akal bahwa, suatu hari, kebanyakan orang dapat memiliki peta genom pribadi mereka yang disimpan di suatu tempat dalam file medis elektronik mereka. Bagaimanapun, kondisi kesehatan akan datang dan pergi, tetapi DNA adalah cetak biru seumur hidup. Ketika kondisi kesehatan itu muncul, DNA dapat diperiksa untuk memberi dokter pemahaman yang lebih dalam tentang pasien mereka. Itu sebabnya alat pengurutan ini pada akhirnya akan mulai bermigrasi keluar dari laboratorium dan masuk ke klinik rumah sakit.

Saat itu belum tiba. Faktanya, meskipun ada di pasaran, dokter Anda tidak dapat memesan pembacaan genom Anda dari Proton atau sistem generasi berikutnya lainnya yang ada di pasaran pada Juli 2012. Teruslah membaca dan cari tahu alasannya.

Dengan teknologi revolusioner yang mengungkap misteri gen kita dengan sangat cepat, harus dicatat bahwa semua materi publisitas Life Technologies untuk peluncuran produk baru menampilkan pernyataan yang sama yang terkubur di suatu tempat di dalamnya. Mereka mengatakan bahwa "produk ini hanya untuk penggunaan penelitian, dan tidak dimaksudkan untuk penggunaan terapeutik atau diagnostik hewan atau manusia." Itulah cara pembuatnya mengatakan bahwa Anda dapat menggunakan mesin ini untuk mempelajari penyakit apa pun atau genom manusia. Anda tidak bisa mempelajari genom orang tertentu demi membantu mereka membuat keputusan tentang perawatan kesehatan mereka.

Karena ini adalah teknologi baru, Badan Pengawas Obat dan Makanan AS (FDA) harus meninjau dan menyetujui semua mesin pengurutan generasi berikutnya ini sebelum dilepaskan ke pasien.

Pada musim panas 2011, FDA memanggil panel produsen dan ahli untuk membahas pertanyaan seputar jenis sequencer ini. Sementara semua orang setuju bahwa mereka adalah alat yang ampuh, banyak pertanyaan harus dijawab sebelum mereka diizinkan untuk memproses informasi genetik manusia untuk tujuan pengambilan keputusan klinis. Mulai dari bagaimana sampel diekstraksi untuk memastikannya bersih hingga bagaimana perangkat lunak mengeluarkan dan menafsirkan datanya.

Dengan banyak produsen mendekati masalah yang sama dari sudut yang berbeda, FDA telah menentukan bahwa perlu merancang sistem untuk memvalidasi sequencer baru sebelum disetujui untuk penggunaan klinis. Badan tersebut ingin memberikan jaminan kepada dokter bahwa sistem tersebut dapat menjamin tingkat akurasi tertentu. Masalah dengan proposisi itu datang dengan merancang tes standar untuk sequencer. Akan sangat ideal jika FDA memiliki satu set sel hidup yang telah diurutkan dan menggunakannya sebagai test bed. Masalahnya adalah sel akan cenderung bermutasi dari waktu ke waktu, sehingga mendapatkan bidang standar itu akan sulit [sumber: FDA ].

Meskipun demikian, tergantung pada berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk disetujui, Proton mungkin tercatat dalam sejarah medis sebagai sequencer pertama yang secara kasar mencapai angka ajaib $1.000 per manusia-genom, tetapi mungkin sudah digantikan oleh putaran berikutnya. mesin sebelum memiliki kesempatan untuk langsung membantu pasien. Sementara itu, tidak diragukan lagi akan berdampak pada komunitas penelitian dengan memungkinkan tes yang lebih cepat dan lebih murah untuk segala hal mulai dari tumor hingga daun pohon.

Saya suka membual kepada teman-teman saya tentang judul tugas saya untuk . Tapi Bagaimana Ion Proton Sequencer bekerja datar mengambil pita biru murni pada faktor WTH. "Kau mengada-ada. Apa pun yang baru saja kau katakan tidak ada," mungkin adalah jawaban terbaik yang kudengar.

Ini adalah subjek seperti Proton yang membuat menulis untuk situs ini sangat menyenangkan. Proton dan rekan-rekannya mewakili lompatan raksasa dalam teknologi genetika. Analogi terdekat mungkin komputer di akhir 1970-an dan 80-an. Segera setelah mereka menjadi sangat terjangkau sehingga rata-rata keluarga dapat memilikinya, tiba-tiba semua orang mulai mendapatkan komputer. Sejauh menyangkut laboratorium, Proton adalah Apple MacIntosh dari teknologi genetik; ringkas, mudah digunakan, kehadiran revolusioner di pasar, dan mengemas seluruh analitik senilai lab ke dalam kotak kecil.

Artikel Terkait

Sumber