Genomica hi-tech: Oxford Nanopore presenta il primo sequenziatore usa e getta

La genomica non finisce mai di stupire, soprattutto quando si parla di nuove tecnologie. Tutti ci aspettavamo grandi novità dal meeting AGBT di Marco Island, in Florida, ma sinceramente credo che nessuno si aspettasse di assistere alla presentazione di un sequenziatore di DNA USB. Sì, avete capito bene. L’azienda inglese Oxford Nanopore ha annunciato che nei prossimi mesi metterà in vendita un sequenziatore usa e getta poco più grande di una chiavetta USB, che collegato a un pc portatile potrà sequenziare del materiale genetico e in tempo reale trasmettere i dati a un software installato sul computer. L’ultimo prodigio della tecnologia genomica si chiama MinION, e nel weekend appena trascorso non si è parlato d’altro: ne hanno tessuto le lodi Nature, Forbes, Bio-IT World, New Scientist oltre a diversi blog specialistici.

Oxford Nanopore era rimasta stranamente silenziosa negli ultimi tempi, al contrario di altre aziende concorrenti che invece facevano proclami da prima pagina. Oggi però non ce n’è per nessuno: sì, perché oltre al MinION, la società inglese guidata da Clive Brown ha in serbo il GridION, che è un po’ il fratello maggiore del mini sequenziatore USB. Le specifiche tecniche di entrambi gli strumenti sono impressionanti per almeno tre motivi. Il primo è che la tecnologia di Oxford Nanopore consente di leggere sequenze di DNA lunghissime, fino a 100mila nucleotidi: il team britannico è riuscito a sequenziare il genoma del virus Phi X, che è lungo 5400 nucleotidi, con una sola lettura senza interruzioni. Il secondo punto di forza dei sequenziatori di Oxford Nanopore è la semplicità nella preparazione del campione, un vantaggio notevole rispetto alle altre tecnologie attualmente sul mercato (non è nemmeno necessario amplificare il DNA). Infine, non bisogna dimenticare che queste macchine sono in grado di riconoscere anche le modificazioni epigenetiche del DNA.

I due sequenziatori sono stati concepiti per usi differenti. MinION si presta molto bene per sequenziare in tempi rapidissimi genomi batterici o virali, oppure per caratterizzare campioni di tessuti tumorali. Avrà infatti una produttività limitata (150 milioni di basi all’ora per un massimo di sei ore), ma sufficiente per applicazioni nella diagnostica, nelle analisi forensi o in campo ecologico. GridION finirà sicuramente nei grossi centri di sequenziamento, che potranno sfruttare la sua scalabilità: più sequenziatori possono infatti essere collegati insieme, e lavorare in parallelo. Per quanto riguarda i prezzi, MinION sarà usa e getta e costerà dai 500 ai 900 dollari. GridION invece non ha ancora un prezzo, ma secondo i produttori leggere un miliardo di basi di DNA costerà meno di 10 dollari. L’unica cosa su cui Oxford Nanopore deve ancora lavorare è l’accuratezza della lettura: al momento il tasso di errore è del 4%, ma quando i sequenziatori arriveranno sul mercato nella seconda metà del 2012 questa percentuale sarà scesa sotto l’1%.

L’idea di sequenziare il DNA facendolo passare attraverso dei pori di pochi nanometri circola nell’ambiente dagli anni 90, ma MinION e GridION sono i primi strumenti che mettono finalmente in pratica questa idea. Ovviamente gli unici a non essere entusiasti di questo annuncio sono le aziende rivali, specialmente Life Technologies e Illumina: la prima teme che il suo mirabolante Ion Proton presentato poche settimane fa sia già stato dimenticato, la seconda invece assiste con disappunto all’ingresso sul mercato di un nuovo agguerritissimo concorrente, che ambisce a portarle via la quota di mercato che si era faticosamente conquistata negli ultimi cinque anni. Le due società hanno accusato il colpo, lo dimostrano il -6% e il -3% che hanno registrato le loro azioni in borsa in seguito all’annuncio di Oxford Nanopore.

Stiamo assistendo a una nuova rivoluzione nel campo del sequenziamento genomico dopo quella del 2005, e curiosamente i protagonisti sono sempre gli stessi. Il primo è l’attuale CEO di Ion Torrent, Jonathan Rothberg, il secondo è il CTO di Oxford Nanopore, Clive Brown. Qualche anno fa Rothberg inventava la tecnologia 454, che segnava la fine dell’era Sanger e apriva la strada ai sequenziatori di seconda generazione. Brown, invece, lavorava per Solexa/Illumina, azienda che oggi domina quel mercato inaugurato proprio dall’invenzione di Rothberg. Oggi, a distanza di pochi anni, il duello si ripropone: ancora una volta è stato Rothberg a fare la prima mossa, presentando il primo sequenziatore in grado di leggere un genoma umano per soli mille dollari. Ma anche questa volta Rothberg rischia di essere beffato, e sempre per colpa di Clive Brown.

Mille dollari per un genoma: forse ci siamo!

Life Technologies ha appena annunciato di aver lanciato sul mercato un nuovo sequenziatore in grado di leggere un genoma umano in 24 ore, al prezzo di soli 1000 dollari. Si tratta di una notizia sensazionale, perché quello dei mille dollari era visto da molti come il grande traguardo della genomica, lo spartiacque che ci separava dall’era in cui l’analisi di un genoma in un contesto clinico sarebbe diventata una pratica di routine.

L’Ion Proton – questo il nome della nuova macchina – è il successore della Personal Genome Machine, di cui avevo parlato un anno fa. E’ grande come una stampante e costa 149mila dollari, una cifra molto bassa se la confrontiamo con i 700mila richiesti per altri sequenziatori figli della tecnologia precedente. L’Ion Proton non utilizza infatti sistemi ottici per leggere le basi di DNA, misurando invece le variazioni di pH durante la reazione di sequenziamento. I primi clienti ad acquistare questo gioiellino sono stati il Baylor College of Medicine, la School of Medicine di Yale e il Broad Institute: saranno loro a testare le capacità del nuovo nato in casa Life Technologies.

Gli addetti ai lavori si interrogano su quali siano le specifiche tecniche della macchina, domandandosi cosa sia realmente possibile ottenere con i 1000 dollari proclamati con tanta enfasi nel comunicato stampa. Che qualità avrà la sequenza ottenuta? Di quale copertura stiamo parlando, quando si dice “sequenziare un genoma umano”? Vi ricordo che la copertura è un numero che rappresenta quante volte viene letta in media una sequenza di DNA: una copertura di 2X o di 30X fanno una bella differenza in termini di accuratezza!

In attesa che la faccenda sia più chiara, io mi limito a dire che se anche fossimo realmente di fronte al tanto atteso traguardo dei mille dollari, l’uso che possiamo fare di una intera sequenza genomica è al momento piuttosto limitato. Se dunque stavate già pensando di farvi sequenziare per scoprire chissà quali arcani misteri nascosti nel vostro genoma, rilassatevi. Anche volendo, non potreste farlo: l’Ion Proton è attualmente in vendita solo per scopi di ricerca. E in effetti è proprio nella ricerca che il nuovo sequenziatore sarà fondamentale: le conoscenze che oggi ci mancano sul nostro genoma arriveranno solo da lì, e l’Ion Proton consentirà di arrivarci molto più in fretta.

Sequenziato il genoma del batterio killer

L’istituto di genomica cinese BGI ha annunciato di aver sequenziato il genoma del ceppo patogeno di Escherichia coli che sta terrorizzando l’Europa. Il sequenziamento è avvenuto in tre giorni di lavoro, utilizzando la tecnologia di terza generazione di Ion Torrent, e i dati sono disponibili per il download a questo indirizzo FTP. Al sequenziamento hanno partecipato anche i ricercatori dell’University Medical Center Hamburg-Eppendorf di Amburgo.

In base alle prime analisi, il genoma del batterio killer risulta essere lungo 5,2 milioni di paia di basi. Si tratterebbe di un sierotipo EHEC O104 nuovo, mai coinvolto in precedenti epidemie di E. coli. Analisi comparative hanno rivelato una similarità di sequenza pari al 93% con il sierotipo EAEC 55989 isolato nella Repubblica Centrafricana e noto per essere causa di una grave forma di diarrea. Il nuovo ceppo di E. coli avrebbe acquisito, probabilmente tramite trasferimento orizzontale, delle mutazioni simili a quelle della colite emorragica e della sindrome emolitico-uremica. Le analisi hanno inoltre mostrato che questo ceppo possiede geni di resistenza a diversi antibiotici (amminoglicosidi, macrolidi e beta-lattamici).

Gli scienziati del BGI proseguiranno il lavoro studiando meglio i geni della virulenza, i loro profili di espressione e la resistenza ai farmaci. Si sta inoltre lavorando per sviluppare un kit diagnostico che possa essere utile per arginare la diffusione dell’epidemia. Per ricevere in tempo reale gli aggiornamenti sulle analisi, seguite l’account Twitter @BGI_events.

Fonte: BGI Sequences Genome of the Deadly E. Coli in Germany and Reveals New Super-Toxic Strain