Menu
NAHORU: © The Scientist Staff
Známe staré známé: nutnost je matkou vynálezů. Nuže, rok 2020 nám ukázal, že globální pandemie je jednou vážnou matkou. Naše soutěž Top 10 inovací se obvykle zaměřuje na laboratorní technologie, nástroje určené k pronikání do tajů základní biologie. Když se však biologové zaměřili na pochopení SARS-CoV-2, změnilo se i prostředí inovací a byly vyvinuty nové nástroje a stávající technologie byly přizpůsobeny řešení pandemie. Proto letos v časopise The Scientist každoročně pořádáme soutěž, která zahrnuje vynálezy zaměřené na pochopení a konečné vyřešení problému COVID-19.
Mezi deseti nejlepšími inovacemi roku 2020, které vybrali naši nezávislí porotci, byly základní laboratorní technologie – například analyzátor jednobuněčného proteomu a stolní syntetizátor genů – spolu s produkty zaměřenými na pandemii, včetně rychlého testu COVID-19, nástroje, který dokáže zachytit profily protilátek z krevní plazmy rekonvalescentů s koronavirem, a platformy pro charakterizaci glykanů v proteinu spike, který je na povrchu SARS-CoV-2. Konkurence mezi hvězdnými přihláškami byla tak velká, že letošní Top 10 ve skutečnosti obsahuje 12 produktů, a to díky několika remízám.
Jakkoli byl rok 2020 pro nás všechny náročný, tento bouřlivý rok dal vzniknout slibným produktům a přístupům k objasnění složitého světa biologie. A co víc, rok 2020 ukázal, že vědecká komunita, když čelí společnému problému, se dokáže postavit výzvě a spojit se, aby se přeorientovala, bádala a inovovala. Vědec zde představuje nástroje a technologie, které tvoří letošních 10 nejlepších inovací.
Na konci března uspořádala biotechnologická společnost AbCellera telefonát se 40 výzkumníky, aby zhodnotila data, která shromáždila o potenciálních protilátkách proti viru SARS-CoV-2. Všichni výzkumníci byli seznámeni s výsledky svého výzkumu. Pomocí vysoce výkonných mikrofluidních a jednobuněčných analytických nástrojů společnosti AbCellera k prozkoumání vzorků pacientů s COVID-19 tým společnosti dešifroval genetické sekvence kódující stovky protilátek, které by mohly tuto nemoc léčit. Ruční procházení všech těchto dat však bylo zdlouhavé, a tak je tým vložil do nástroje Celium pro vizualizaci dat, který prochází více než milion vysoce kvalitních datových bodů těchto protilátek, aby odhalil, které z nich by mohly u pacientů nejlépe fungovat jako potenciální terapie. V reálném čase, na základě hovoru, vědci použili Celium ke zkoumání těchto vztahů a zaměřili se na protilátku LY-CoV555, která o několik měsíců později vstoupila do klinických zkoušek jako možná léčba COVID-19, říká Maia Smithová, vedoucí oddělení vizualizace dat ve společnosti AbCellera a tvůrkyně nástroje Celium. „Myslím, že to tak nějak mluví za vše.“
Předtím, než v roce 2017 přišla na trh společnost Celium, dostávali vědci spolupracující se společností AbCellera při hledání protilátek zpět složité tabulky s daty, ve kterých bylo obtížné se orientovat, a bylo těžké vědět, kde začít, říká Smithová. Pomocí nástroje Celium jsou data prezentována ve vizuální podobě a nástroj „vám pomůže identifikovat správnou molekulu pro vaše potřeby,“ říká Fernando Corrêa, proteinový inženýr ve společnosti Kodiak Sciences v kalifornském Palo Altu. Spolupracuje se společností AbCellera na identifikaci protilátek k léčbě onemocnění sítnice a říká, že balíček společnosti zahrnující mikrofluidiku, analýzu jedné buňky a nástroj pro vizualizaci dat „zjednodušuje proces objevování protilátek uživatelsky přívětivým způsobem.“
KAMDAR: „Reakce společnosti AbCellera na pandemii podtrhuje skutečnou sílu platformy Celium na pomezí biologie a umělé inteligence, která umožňuje bleskurychle objevovat nové protilátky.“
Test Abbott ID NOW COVID-19
Od roku 2014, systém ID NOW společnosti Abbott pomohl lékařům odhalit chřipky A a B, streptokoka A, respirační syncytiální virus (RSV) a nejnověji SARS-CoV-2 za méně než 15 minut. Přístroj o velikosti toustovače funguje tak, že zahřívá nosní vzorky v kyselém roztoku, který praskne obal virů a odhalí jejich RNA, kterou ID NOW amplifikuje při konstantní teplotě namísto cyklů zahřívání a ochlazování, které používají přístroje PCR. Test COVID-19 ID NOW, který koncem března získal mimořádné povolení amerického Úřadu pro kontrolu potravin a léčiv, byl jedním z prvních testů přístupných americké veřejnosti.
Norman Moore, ředitel společnosti Abbott pro vědecké záležitosti v oblasti infekčních onemocnění, říká, že krátká doba provedení testu je rozhodující pro zastavení šíření virů. „Nejvíce infekční jste na začátku – a pokud nemáme tento výsledek včas, co nám pomůže, když se molekulární test vrátí o dva týdny později?“ říká v rozhovoru pro časopis The Scientist.
V USA se používá více než 23 000 přístrojů ID NOW, převážně na klinikách urgentní péče a v lékárnách, Moore říká, že jeho tým vyvíjí testy kompatibilní s touto platformou pro další infekční nemoci, jako jsou sexuálně přenosné infekce.
J. D. Zipkin, hlavní lékař společnosti GoHealth Urgent Care, která spolupracuje s mezinárodním letištěm v San Francisku na provádění testu ID NOW COVID-19 pro cestující, označuje tento test za převratný. „Vzal platformu, která je již opravdu dobrá v odhalování velmi specifických chorobných stavů, a aplikoval ji na největší pandemickou potřebu, kterou v této zemi máme,“ říká.
Platforma ID NOW stojí 4 500 dolarů a každý test COVID-19 stojí 40 dolarů.
CRUICKSHANK-QUINN: „Možnost získat výsledky testu COVID-19 z výtěru z krku nebo nosu do 15 minut může nemocnicím, školám nebo jakýmkoli jiným institucím poskytnout možnost rychle otestovat osoby a určit ty, které by se musely doma samy izolovat. Protože je lehký a přenosný, lze jej používat v terénu a na mobilních pracovištích, jako jsou testovací místa typu drive-thru.“
BioLegend TotalSeq™-C Human Universal Cocktail v1.0
V roce 2017 vědci z newyorského centra pro genom publikovali nový přístup nazvaný CITE-seq, který vědcům umožňuje hodnotit proteiny v jednotlivých buňkách současně s transkriptomikou jednotlivých buněk. CITE-seq funguje tak, že spojuje protilátky s oligonukleotidy, které lze nakonec sekvenovat a odhalit, zda byly cílové proteiny přítomny a spojeny s odpovídajícími protilátkami. Společnost BioLegend, která se zabývá vědami o živé přírodě, získala licenci na CITE-seq a vyvinula TotalSeqTM-C Human Universal Cocktail v1.0, kolekci 130 oligo-navázaných protilátek pro masivní screening proteinů buněčného povrchu jednotlivých buněk, pro použití na platformě pro sekvenování jednotlivých buněk od společnosti 10X Genomics.
Na rozdíl od proteomických přístupů založených na vizuálním hodnocení označených proteinů „již neexistuje teoretický limit, kolik proteinů můžete ,“ říká vedoucí oddělení proteogenomiky společnosti BioLegend Kristopher „Kit“ Nazor a dodává, že společnost již pracuje na rozšíření počtu protilátek zahrnutých v koktejlu. „To masivně zvyšuje možnosti nestranného objevování.“
„Je to v mnoha ohledech průlomové,“ říká imunoložka a genomička Alexandra-Chloé Villaniová z Massachusettské všeobecné nemocnice, Harvardské lékařské fakulty a Broad Institute of MIT and Harvard University. Stejně jako mnoho dalších výzkumníků se Villaniová, která je jednou z koordinátorek segmentu imunitních buněk lidského buněčného atlasu, v letošním roce zaměřila na studium COVID-19. Koktejl společnosti BioLegend, který byl uveden na trh počátkem srpna za cenu 5 350 dolarů za pět jednorázových lahviček, již použila k analýze vzorků krve téměř 300 pacientů, kteří byli pozitivně testováni na SARS-CoV-2.
„Když máte povrchový protein a RNA ve stejné buňce, opravdu nám to pomáhá získat podrobnější definici imunitních buněk“ zapojených do reakce na infekci, říká Villani. „Ve skutečnosti znám spoustu kolegů ve Spojených státech a v Evropě, kteří použili stejný panel k analýze svých kohort COVID… což znamená, že budeme moci všechna naše data spojit a porovnat. A to je neuvěřitelné.“
MEAGHER: „Jedná se o opravdu pěkné spojení sekvenování nové generace jako digitálního čtení pro čárové kódy sekvencí a technologie jednobuněčného čárového kódu, která umožňuje jednobuněčnou kvantitativní proteomiku.“
Seven Bridges GRAF™
Vydání lidského referenčního genomu v roce 2013 bylo pro biologii obrovským skokem vpřed, ale co se týče skutečného zastoupení lidstva, bylo dosti nedostatečné. Naše genomy jsou plné variant, které se v referenčním genomu, který byl vytvořen na základě malého vzorku jedinců, především evropského původu, nevyskytují. Pro zohlednění lidské genetické rozmanitosti vyvinula bioinformatická firma Seven Bridges platformu pro genomickou analýzu nazvanou GRAF, která se snaží zahrnout všechny možné iterace genetických sekvencí v daném lokusu. Výsledný GRAF/Pan Genome Reference je spíše grafem známých variant v jednotlivých bodech genomu než lineární referenční sekvencí. Při zarovnávání genomů k referenčním sekvencím GRAF proto nedochází k přehlédnutí případných delecí, insercí, jednonukleotidových polymorfismů nebo jiných variací, jak by tomu mohlo být při zarovnávání k lineárnímu referenčnímu genomu.
S cílem zvýšit zastoupení nedostatečně zastoupených skupin v genomickém výzkumu společnost Seven Bridges v červnu oznámila, že přístup k jejímu pracovnímu postupu detekce zárodečných variant GRAF a referenčním sekvencím GRAF/Pan Genome Reference bude pro akademické výzkumníky zdarma. „Jedná se o první pracovní postup produkční úrovně, který zahrnuje informace o předcích a rozmanitosti lidského genomu, aby poskytl lepší volání variant a zarovnání,“ říká vědecká ředitelka společnosti Brandi Davis-Dusenberyová.
„Doufáme, že díky zohlednění této složitosti v analýze uvidíte věci, které vám chyběly,“ říká Bruce Gelb, ředitel Mindich Child Health and Development Institute na Icahn School of Medicine at the Mt. Sinai. „Tato myšlenka se objevuje již několik let, ale nikdo před tím, než Seven Bridges zavedl přístup založený na grafech, který je praktický. Jsou první, kdo to udělal.“
Gelb používá platformu GRAF k vyhledávání variant souvisejících s vrozenými srdečními vadami a porovnává tyto varianty s tím, co se objeví při použití tradičních sekvenčních analýz. Zatím se podle něj zdá, že GRAF identifikuje některé varianty, které by jinak byly přehlédnuty.
CRUICKSHANK-QUINN: „Skutečnost, že Seven Bridges GRAF je volně k dispozici akademickým institucím, jistě vydláždí cestu k precizní medicíně tím, že umožní pokrok ve výzkumu nedostatečně zastoupených populací bez boje s náklady akademických výzkumníků.“
OXGENE TESSA
Ústředním problémem při dodávání genových terapií do buněk pacientů jsou náklady na výrobu adenoasociovaného viru (AAV), běžného vektoru pro zájmové geny, říká Ryan Cawood, generální ředitel britské biotechnologické společnosti OXGENE. „První produkt genové terapie AAV, který byl schválen v EU, stál milion liber na dávku,“ říká. „Pokud byste chtěli léčit onemocnění, které byste mohli aplikovat na tisíce lidí, prostě byste ho nemohli vyrobit dostatečné množství za cenu, která by byla rentabilní.“
V současné době, říká Cawood, jsou dávky kultivovaných lidských buněk transfekovány několika plazmidy, aby se v nich vytvořily vektory AAV obsahující vybraný gen. Výroba plazmidů je však nákladná a proces transfekce není příliš efektivní. Naproti tomu infekce adenoviry přirozeně indukuje buňky k aktivaci replikace AAV. Problémem je, že adenoviry se také replikují a kontaminují výsledný produkt AAV. Aby se tento problém obešel, vymyslela společnost OXGENE genetický přepínač, který vypne aktivitu adenoviru v polovině jeho životního cyklu v buňce, takže naprogramuje buňku tak, aby chrlila částice AAV, ale nevytvářela adenoviry. „Když se virus dostane dovnitř, vychází z něj pouze AAV; adenovirus se již nevrací zpět,“ říká Cawood. Dodává, že společnost začala v září prodávat svůj virový vektor pro výzkum, který nazývá TESSA, a příští rok plánuje začít nabízet materiál klinické kvality. Cena vektoru výzkumné kvality začíná na 5 000 liber a závisí na velikosti dávky buněk, které mají být infikovány.
BLAINEY: „Podporuje translaci genových terapií. Demonstruje biotechnickou hodnotu biologického inženýrství.“
Systém Codex DNA BioXp™ 3250
Biotechnologická společnost Codex DNA uvedla systém BioXp™ 3250 na trh v srpnu 2020 jako pokračování systému BioXp™ 3200, uvedeného na trh v roce 2014. Automatizovaná platforma pro sestavování a amplifikaci DNA na vyžádání umožňuje výzkumníkům syntetizovat geny a genomy rychleji než kdy dříve, což má potenciál urychlit vývoj vakcín, diagnostiky a léčby, říká Peter Duncan, ředitel produktového managementu společnosti Codex DNA. Zařízení lze použít na rakovinné buňky nebo různé infekční agens, včetně SARS-CoV-2.
Bez zařízení BioXp™ 3250 nebo jeho předchůdce musí laboratoře, které chtějí syntetizovat fragmenty DNA, klony nebo celé genomy, posílat vzorky ke zpracování třetí straně. Kromě toho, že se musí vypořádat s přepravou, může takové zpracování trvat týdny nebo měsíce. S přístrojem BioXp™ 3250, jehož cena je 100 000 USD, lze sestavit sekvence DNA o délce až 7 000 párů bází během několika dní, a to stisknutím tlačítka.
Namísto toho, aby zákazníci museli na počítači kódovat genetický skript pro konkrétní experimenty, mohou si objednat modul, který přijde přibližně za dva dny a je připraven k použití. Modul má čárový kód obsahující všechny potřebné informace; po naskenování přístrojem se nahrají pokyny pro syntézu požadované DNA. Podle Duncana stačí, aby laborant vložil modul do zařízení a stiskl tlačítko start.
„Zařízení BioXp nám umožnilo provádět jednoduché kroky subklonování bez použití rukou,“ uvedl v e-mailu pro časopis The Scientist Mark Tornetta, viceprezident pro objevování biologických léčiv ve společnosti Tavotek Biotherapeutics, a popsal, jak laboratoř používá zařízení k vytváření knihoven NGS. „Všechny tyto metody na BioXP nám šetří čas a náklady na jejich provedení.“
BLAINEY: „Demokratizace genové syntézy umístěním možností do jednotlivých laboratoří pro rychlejší realizaci a nižší náklady při vysoké výkonnosti.“
IsoPlexis Single-Cell Intracellular Proteome
.png)
Roztok Single-Cell Intracellular Proteome od společnosti IsoPlexis vznikl v několika laboratořích na Caltechu, které hledaly lepší způsoby sledování interakcí proteinů s proteiny
v nádorových buňkách s cílem vyvinout cílenou léčbu. Pomocí tradičních metod, jako je Western blot, hmotnostní spektrometrie a průtoková cytometrie, lze v daném okamžiku sledovat pouze několik typů proteinů. Se systémem společnosti Isoplexis, který byl uveden na trh v červenci, mohou vědci sledovat 30 a více proteinových drah, přičemž výsledky jsou k dispozici ještě týž den.
Při použití předchozí technologie se k určení funkce jednotlivých proteinů používala fosforylace, aniž by bylo možné zjistit, jak fungují společně. Intracelulární proteom pro jednu buňku odhaluje funkci stejným způsobem, ale je také schopen poskytnout kontext celých proteinových signálních drah a odhalit, jak síť funguje jako celek.
Poznání celé sítě buněčných drah umožňuje výzkumníkům lépe pochopit následné účinky aberantních buněk, říká Sean Mackay, generální ředitel a spoluzakladatel společnosti IsoPlexis. Dodává, že v případě rakoviny tento přístup pomáhá vyhodnocovat účinnost cílených léčebných postupů, jako jsou terapie protilátkami nebo nízkomolekulární léky.
„Takovéto dráhy v podstatě definují, jak jsou buňky aktivovány, je obzvláště důležité pro rakovinu, kde je aktivovaná fosfoproteinová signalizace nejen charakteristickým znakem rakoviny,“ říká James Heath, který vedl laboratoř na Caltechu, jež tuto technologii před osmi lety vytvořila, „ale je hlavním cílem cílených inhibitorů.“
MEAGHER: „Řešení Single-Cell Intracellular Proteome využívá inovativní mikrofluidiku ke zmenšení toho, co vypadá jako dobře zavedená chemie ELISA, až na úroveň jednotlivých buněk.“
GigaGen Surge
Vědci použili např. intravenózní imunoglobulin (IVIG) k léčbě imunodeficitních nebo imunosuprimovaných pacientů a rekonvalescentní plazmu k léčbě infekčních onemocnění již více než sto let. A plazma je jednou z mnoha léčebných metod, které se nyní zkoušejí v případě COVID-19. Biologické vzorky odebrané od dárců však nejsou nejstandardnějším terapeutickým prostředkem. Přichází platforma Surge společnosti GigaGen, která využívá sekvenování jednotlivých buněk k „zachycení a znovuvytvoření“ knihoven protilátek od dárců krve. Při vytváření těchto knihoven společnost prohání vzorky krve dárců platformou Surge, aby izolovala jednotlivé B-buňky produkující protilátky do mikrokapiček a extrahovala RNA, která protilátky kóduje. Z těchto genetických sekvencí mohou vytvořit „plán imunitního systému daného člověka“, říká generální ředitel společnosti GigaGen David Johnson.
Výzkumníci společnosti pak vyberou některé z těchto protilátek, které upraví v savčích buňkách a vytvoří rekombinantní protilátkovou léčbu, která je podle nich na základě pokusů in vitro a testů na zvířecích modelech mnohem účinnější než rekonvalescentní plazma nebo IVIG. Společnost GigaGen v současné době neplánuje Surge prodávat, ale spíše využívá tuto platformu k vývoji léčby rakoviny, poruch imunity a nejnověji COVID-19. Společnost GigaGen doufá, že na začátku roku 2021 zahájí klinické zkoušky své léčby COVID-19, která využívá více než 12 500 protilátek od 16 dárců. Cílem Surge je „rozklíčovat složitost imunitního systému“, říká Johnson, a poté přizpůsobit léčbu protilátkami, které vyvolávají nejsilnější odezvu.
Fred a Vicki Modellovi, kteří založili nadaci Jeffrey Modell Foundation poté, co jejich syn Jeffrey zemřel v 15 letech v důsledku komplikací způsobených primární imunodeficiencí, říkají, že hledali alternativu k IVIG, které je někdy nedostatek a u mnoha pacientů může vést k vedlejším účinkům. “ dává ten největší dar ze všech – dává pacientům naději,“ říká Fred Modell.
CRUICKSHANK-QUINN: „Díky kombinaci technologie mikrofluidiky s kapičkami jednobuněčné emulze, genomiky a inženýrství knihoven proteinů by tato léčba protilátkami, pokud bude úspěšná, mohla přinést revoluci v léčbě COVID-19 i v léčbě mnoha různých onemocnění.“
10X Genomics Chromium Single Cell Multiome ATAC + Genová exprese
Před několika lety, 10X Genomics uvedla na trh test ATAC-seq, který slouží k identifikaci oblastí otevřeného chromatinu v jednotlivých buňkách; Tento produkt získal místo v žebříčku The Scientist’s 2019 Top 10 Innovations. Podle manažerky marketingu produktu Laury DeMareové netrvalo dlouho a zákazníci se dožadovali dalšího, přičemž zpětná vazba zněla: „‚Tohle je skvělé, ale opravdu bychom rádi získali informace o genové expresi a informace o ATAC-seq ve stejné buňce.'“. V září společnost 10X uvedla na trh Chromium Single Cell ATAC + Gene Expression, která získává jak epigenetická data, tak data o genové expresi z jednotlivých jader.
Platforma označuje mRNA a otevřené fragmenty chromatinu z každého jádra čárovými kódy DNA, vysvětluje DeMare, a nukleové kyseliny jsou poté amplifikovány a analyzovány. „Můžete začít skutečně propojovat, které regulační prvky v genomu zapínají nebo vypínají geny,“ říká. Reagencie a mikrofluidní čip stojí přibližně 2 400 dolarů za reakci.
Ansu Satpathy, imunolog z Lékařské fakulty Stanfordovy univerzity a bývalý postdoktorand tvůrce kódu ATAC-seq Howarda Changa, řekl časopisu The Scientist, že nový test používá ke zkoumání vlivu epigenetických změn spojených s vyčerpáním T-buněk ve vzorcích nádorů odebraných z biopsie pacientů s rakovinou. Když se T buňky vyčerpají, stávají se méně účinnými v boji s rakovinou a „to, co nyní děláme s kombinací RNA a metody ATAC, je otázka: Jak jednotlivé molekulární spínače regulují geny, které vedou k tomuto nefunkčnímu výsledku v buňce?“. Satpathy říká.
KAMDAR: „Tento přístup poprvé umožňuje současné profilování epigenomu a transkriptomu z téže jediné buňky, což umožňuje lépe pochopit funkčnost buňky.“
Řešení 10X Genomics Visium Spatial Gene Expression Solution
V posledních několika letech poskytla transkriptomika jednotlivých buněk bohaté informace o genové expresi jednotlivých buněk a buněčných typů. Nyní společnost 10X Genomics rozvíjí novější technologii prostorové transkriptomiky, která poskytuje data o celém transkriptomu pouze pro jednu nebo několik málo buněk a odhaluje, kde přesně ve vzorku tkáně probíhá genová exprese. Řešení Visium Spatial Gene Expression Solution, uvedené na trh v říjnu 2019, vystavuje 55mikrometrové oblasti na 5 000 místech ve vzorku tkáně oligonukleotidům vážícím mRNA a výsledná data o genové expresi překrývá s histologickými snímky.
Technologii vyvinula a původně uváděla na trh švédská společnost Spatial Transcriptomics, kterou 10X Genomics koupila v roce 2018. Poté společnost 10X produkt dále vyvíjela, než loni uvedla na trh produkt Visium. Řešení Visium Spatial Gene Expression Solution, které se prodává za 1 000 dolarů za vzorek, má menší a hustěji osazené skvrny – a je jich pětkrát více než v době, kdy je společnost zdědila, říká Nikhil Rao, ředitel strategického marketingu prostorové platformy společnosti 10X Genomics. To zvyšuje rozlišení, vysvětluje. „Výrazně jsme také zlepšili citlivost testu, který je schopen zachytit desítky tisíc jedinečných molekulárních identifikátorů na jedno místo.“
Rao říká, že mnoho uživatelů společnosti Visium se zaměřuje na neurovědy a studuje například neurodegenerativní onemocnění. Produkt se však používá také ve vývojové biologii, onkologii a imunologii. Výpočetní bioložka Elana Fertigová z Univerzity Johnse Hopkinse použila Visium k pochopení toho, jak může rakovina odolávat léčbě. „Díky tomu, že máte prostorovou informaci o těchto buňkách, můžete skutečně přijít na molekulární mechanismy, kde dochází k jejich přímé interakci, protože vidíte, zda se buňky vzájemně fyzicky ovlivňují,“ vysvětluje.“
MEAGHER: „To je další hranice v biologii: nejen exprese genů v jedné nebo několika buňkách, ale nyní sbíráme data o genové expresi s prostorovým rozlišením na úrovni několika buněk.“
Inscripta, Inc. Onyx™ Digital Genome Engineering Platform
Ačkoli se editace genomu na bázi CRISPR stala široce používanou technikou v laboratořích po celém světě, existují výzkumné otázky, které vyžadují takový rozsah úprav nukleotidů, který může být pro některé laboratoře těžkopádný, ne-li prohibitivní. Platforma digitálního genomového inženýrství Onyx™ společnosti Inscripta Inc. nabízí řešení – plně automatizované knihovny genomového inženýrství se stovkami tisíc jednotlivých editací mikrobiálních genomů. Stolní zařízení, které bylo uvedeno na trh v říjnu 2019 a prodává se za 347 000 USD, umožňuje uživatelům zasadit požadované varianty do DNA bakterií E. coli a kvasinek S. cerevisiae a přístroj se postará o zbytek.
Platforma kombinuje vše od algoritmů pro optimalizaci procesu editace přes mikrofluidiku pro manipulaci s buňkami až po samotná činidla. „Biologové se již nemusí starat o technickou optimalizaci a mohou se nyní věnovat jakémukoli problému v biologii,“ říká Nandini Krishnamurthy, viceprezident pro vývoj aplikací ve společnosti Inscripta.
Shelley Copley, molekulární biolog z University of Colorado Boulder, je jedním z prvních testerů systému Onyx. Používá jej ke zkoumání vlivu synonymních mutací, tedy těch, které nemění výsledný protein, na fitness v bakterii E. coli. „Vysoce výkonná část je rozhodující pro to, abychom se tím mohli zabývat,“ říká. Namísto toho, aby se snažila vytvořit každou mutaci, kterou chce zkoumat, jednu po druhé, umožňuje Onyx Copleyové generovat všech 50 000 variant. Její tým pak může rovnou přejít k testům způsobilosti. „Nevím o žádné jiné technologii, která by to dokázala.“
KAMDAR: „CRISPR je mocný nástroj pro úpravu genomů a umožňuje funkční hodnocení, které může objasnit kauzalitu a zlepšit naše chápání biologie genomu. Těchto výsledků však nebude dosaženo bez překonání řady technických problémů a problémů se škálovatelností. Právě to umožňuje platforma digitálního genomového inženýrství Onyx.“
MOBILION SLIM
John McLean, bioanalytický chemik na Vanderbiltově univerzitě, chce přesně vědět, co je v obláčku plynu, až do poslední molekuly lipidů odpařeného vzorku krve nebo tkáně. Už léta používá hmotnostní spektrometrii ke katalogizaci sloučenin ve vzorku podle hmotnosti. Někdy mohou mít různé molekuly stejnou hmotnost a stejné atomové složení, takže je obtížné je rozlišit. Iontově mobilní separace vede vzorky plynů metr dlouhými trubicemi a rozlišuje molekuly podle tvaru a struktury, čímž se problém s hmotností obejde. Protože však tato technika byla navržena před desítkami let, nedosahuje takového rozlišení jako hmotnostní spektrometrie. K dosažení podobného rozlišení by přístroj pro separaci iontů potřeboval 13metrovou trubici.
Vyrobit lineární trubici takové délky je nepraktické kvůli omezenému prostoru v laboratoři. Před několika lety proto Richard Smith z Pacific Northwest National Laboratory a jeho kolegové začali vymýšlet způsoby, jak přimět ionty, aby zatáčely do rohů. Tato diskuse vedla k vývoji přístroje SLIM (Structures for Lossless Ion Manipulation) společnosti MOBILion, což je přístroj s 13metrovou dráhou vyřezanou jako výhybky ve dvou deskách plošných spojů, které se vejdou do krabice o délce 3 metry; přístroj poskytuje údaje o velikosti a tvaru sloučenin ve vzorcích během několika minut. SLIM „odhaluje neviditelné,“ říká Laura Maxonová, vedoucí oddělení rozvoje podnikání a firemní strategie společnosti MOBILion, „bez obětování času.“ Tato první iterace systému SLIM, kterou společnost MOBILion začala ve druhém čtvrtletí roku 2020 nasazovat jako beta verzi pro spolupracovníky z řad early adopterů, je vytvořena pro vědce v akademickém prostředí farmaceutického nebo klinického výzkumu. Cena je konkurenceschopná se stávajícími technologiemi, poznamenává, a společnost plánuje navrhnout přístroj pro použití v klinice k identifikaci biomarkerů onemocnění.
„To, co dnes vidíme od společnosti MOBILion na SLIM, je jen špička ledovce,“ říká McLean. „Je tu spousta nevyužitého potenciálu… z analytického hlediska,“ takže „lidé by měli u těchto technologií očekávat opravdu obrovský pokrok.“
BLAINEY: „Iontově selektivní chromatografie je pro biochemii klíčová. Pěkná integrace mikroelektronické technologie s biotechnologií. „
POSUDKY
Paul Blainey
Doktor biologického inženýrství na MIT a hlavní člen Broad Institute of MIT and Harvard University. Blaineyho laboratoř integruje nové mikrofluidní, optické, molekulární a výpočetní nástroje pro použití v biologii a medicíně. Skupina klade důraz na kvantitativní jednobuněčné a jednomolekulární přístupy, jejichž cílem je umožnit studie, které generují data schopná odhalit fungování přirozených a umělých biologických systémů v různých měřítkách. Blainey ve svém žebříčku nezohlednil produkty předložené společností 10X Genomics kvůli svým finančním vazbám na tuto společnost.
Charmion Cruickshank-Quinn
Application scientist at Agilent Technologies.Previously, she was a postdoctoral fellow at the University of Colorado Denver – Anschutz Medical Campus, a research fellow at National Jewish Health in Denver, and a graduate student at the State University of New York at Buffalo, where she worked in the instrument center.
Kim Kamdar
Managing partner at Domain Associates, a healthcare-focused venture fund creating and investing in biopharma, device, and diagnostic companies. She began her career as a scientist and pursued drug-discovery research at Novartis/Syngenta for nine years.
Robert Meagher
Principal member of Technical Staff at Sandia National Laboratories. Jeho hlavním výzkumným zájmem je vývoj nových technik a zařízení pro analýzu nukleových kyselin, zejména aplikovaných na problémy v oblasti infekčních chorob, biologické obrany a mikrobiálních společenstev. V poslední době to vedlo k přístupům pro zjednodušenou molekulární diagnostiku nových virových patogenů, které jsou vhodné pro použití v místě potřeby nebo v rozvojovém světě. Meagherovy komentáře představují jeho odborný názor, ale nemusí nutně vyjadřovat názory amerického ministerstva energetiky nebo vlády Spojených států.
Poznámka redakce: Porotci posuzovali desítky přihlášek, které zaslaly společnosti a uživatelé různých produktů z oblasti přírodních věd. Porota hodnotila příspěvky pouze se základními instrukcemi od časopisu The Scientist a její členové byli k účasti přizváni na základě svých znalostí nástrojů a technologií v oblasti life science. S výjimkou Paula Blaineyho, který má finanční vazby na společnost 10X Genomics, a proto ve svém hodnocení nezohlednil produkty této firmy, nemají žádné finanční vazby na produkty nebo společnosti zapojené do soutěže. V tomto vydání časopisu The Scientist byly veškeré reklamy umístěné vítězi uvedenými v tomto článku zakoupeny až poté, co naši nezávislí porotci vybrali vítězné produkty, a neměly žádný vliv na výsledek soutěže.