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Ein Halbleiter-DNA-Sequenzer
Im vergangenen Dezember hat Ion Torrent, so etwas wie ein Neuling in der Sequenzierungsbranche, seine neue Sequenziermaschine auf Halbleiterbasis auf den Markt gebracht. Mit 50.000 US-Dollar war es ein vergleichsweise kostengünstiges Gerät, das entwickelt wurde, um die DNA-Sequenzierung von großen, spezialisierten Zentren auf den Standardlabortisch zu verlagern. Jetzt sagt das Unternehmen, dass seine Maschine auf dem Weg ist, die beliebteste in einem umkämpften Markt zu werden.
Geschwindigkeitssequenz: Der Halbleiterchip von Ion Torrent (hier abgebildet) kann DNA-Proben in nur wenigen Stunden sequenzieren.
Life Technologies, das Ion Torrent im vergangenen August für 375 Millionen US-Dollar in bar und in Aktien gekauft hat, fühlt sich mit seiner Wette gut aufgehoben. Die Technologie hat sich bereits als wertvolles Instrument der öffentlichen Gesundheit bewährt. Im Juni verwendeten zwei verschiedene Gruppen die Ion Torrent-Maschine, um das Genom eines neuen Stamms von schnell zu sequenzieren E coli die mehr als 20 Menschen in Europa töteten. Die Bemühungen halfen, die Arzneimittelresistenzgene der Mikrobe zu identifizieren. Und Forscher auf der ganzen Welt verwenden es, um Gene zu sequenzieren, die an Krebs und anderen Krankheiten beteiligt sind, mit dem Ziel, Schnelltests zu entwickeln, um das beste Medikament für einen Patienten zu bestimmen.
Ion Torrent konkurriert mit einer Reihe von Sequenzierungstechnologien, die alle darum kämpfen, die schnellste und billigste zu werden: Ein bahnbrechendes Ziel auf diesem Gebiet ist es, ein komplettes menschliches Genom für 1.000 US-Dollar zu sequenzieren, was es mit vielen anderen medizinischen Routinetests mithalten würde. Jonathan Rothberg, Gründer von Ion Torrent, sagt jedoch, dass seine Technologie, die auf Halbleitern basiert, schneller besser wird als die aller anderen.
Die fortschrittlichsten Sequenzierungstechnologien beruhen auf fluoreszenzmarkierten Molekülen und einem Mikroskop, um DNA zu sequenzieren. Das Herzstück der Maschine von Ion Torrent sind Sequenzierungschips, die DNA-Sequenzen elektronisch erkennen. Dieser Ansatz macht teure Laser und Kameras überflüssig. Die Chips werden in den gleichen Halbleiterfabriken wie Computer-Mikroprozessoren hergestellt. Und ebenso wie bei Computerchips sinken die Produktionskosten pro Chip, wenn größere Stückzahlen produziert werden. Da die Verkäufe der Ion Torrent-Maschine gestiegen sind, sind die Kosten für die Sequenzierungschips von 250 auf 99 Dollar gesunken.
Forscher haben auch die Sequenzierkapazität des Chips um das Zehnfache verbessert; Jeder Chip kann 100 Millionen Basenpaare erzeugen, gegenüber 10 Millionen Basenpaaren bei der Einführung der Technologie. Laut Rothberg wird im nächsten Jahr ein Chip der dritten Generation erhältlich sein, der eine Milliarde Basen sequenzieren kann.
Als Geheimtipp vor der Macht der Supraleiter hat Ion Torrent nun das komplette Genom des Intel-Mitbegründers sequenziert Gordon E. Moore , jetzt 82. Moore ist vor allem als Schöpfer des Mooreschen Gesetzes bekannt, das besagt, dass sich die Rechenleistung neuer Chips etwa alle zwei Jahre verdoppeln würde. Der Chip von Ion Torrent hat sich innerhalb von sechs Monaten verzehnfacht, ein rasanter Fortschritt, den Rothberg dem akkumulierten Mooreschen Gesetz oder der jahrzehntelangen Forschung und Milliarden von Dollar zuschreibt, die in die Herstellung schnellerer Mikroprozessoren geflossen sind.
Derzeit ist die Technologie von Ion Torrent nicht gut geeignet, ganze menschliche Genome zu sequenzieren. Moores Sequenz erforderte etwa 1.000 Chips und Gesamtkosten von etwa 200.000 US-Dollar. Im Gegensatz dazu haben andere Technologien die Kosten für ein ganzes Genom auf 5.000 bis 20.000 US-Dollar gesenkt, je nachdem, wie die Kosten berechnet werden.
Die Technologie von Ion Torrent ist am geschicktesten in der Sequenzierung kleiner Genome, wie denen von Mikroben, oder einer Auswahl von Genen, die beispielsweise mit Krebs in Verbindung gebracht wurden. Wir sind nicht die billigste Maschine für ein menschliches Genom, aber die billigste, wenn man sich 200 Gene oder einen Erreger hinter einem Ausbruch ansehen will, sagt Rothberg. Er prognostiziert, dass Ion Torrent bis 2013 einen Chip entwickelt haben wird, der ein ganzes menschliches Genom sequenzieren kann.
Viele der medizinisch relevantesten Tests, die Ärzte heute durchführen möchten, umfassen jedoch nur Dutzende oder Hunderte von Genen. Und in diesen Fällen liegt der größte Vorteil der neuen Technologie in ihrer Geschwindigkeit; es kann eine DNA-Probe in wenigen Stunden sequenzieren, anstatt in der Woche oder länger, die von den meisten derzeit auf dem Markt erhältlichen Maschinen benötigt wird. Bei der Gendiagnostik wollen Mediziner schnelle Ergebnisse. Die Ionen-Torrent-Maschine gilt jedoch immer noch als Forschungsgerät; es wurde noch nicht von der US-amerikanischen Food and Drug Administration für den klinischen Gebrauch zugelassen.
Yemi Adesokan, Mitbegründer des Genomik-Startups Pathogenica, nutzt die Technologie von Ion Torrent, um einen Test auf humane Papillomviren in Pap-Abstrichproben zu entwickeln. Im Gegensatz zu bestehenden Tests kann der Ion Torrent-Test eine Infektion mit mehreren Virusstämmen erkennen, die mit einem erhöhten Krebsrisiko in Verbindung gebracht werden können. Es funktioniert wirklich gut, insbesondere in Bezug auf die Durchlaufzeit, sagt Adesokan.