بیست سال پیش، توالی یابی ژنوم انسان یک پروژه بین المللی چند میلیارد دلاری بود. امروز، می‌توانید توالی ژنوم سگ خود را تا پایان ماه با چند دلار تعیین کنید. این نشان دهنده سرعت نفوذ ژنتیک در زندگی ما است، اما علیرغم پیشرفت های فوق العاده در فناوری، این فرآیند هنوز هم می تواند در آزمایشگاه کمی دست و پا گیر باشد.
قبل از اینکه شروع به کشف کد ژنتیکی یک نفر کنید، باید با یک آزمایش شروع کنید. و این نمونه باید به روش درست تهیه شود. این یک فرآیند نسبتا خسته کننده است که اغلب به نفع کاربردهای روشن تر توالی یابی ژنومی حذف می شود (بخوانید: احیای ماموت ها). اما اینجاست که آزمایشگاه ولتا به دنبال تمرکز جدید است.
Volta Labs که در سال 2018 تأسیس شد، یک شرکت نوپا است که توسط آزمایشگاه رسانه MIT با تمرکز بر ایجاد یک رویکرد قابل برنامه ریزی برای آماده سازی نمونه DNA ساخته شده است. این تیم در حال ایجاد ابزاری به اندازه دسکتاپ است که می تواند فرآیندهای مورد استفاده برای تهیه نمونه های ژنتیکی را خودکار کند.
کل جهان 20 سال پیش نمی‌توانست یک ژنوم انسانی را توالی‌بندی کند و امروز، به‌عنوان یک غیر زیست‌شناس، می‌توانم ژنوم انسان را در یک یا دو روز روی یک نیمکت توالی‌بندی کنم. اما اگر به مراحل تهیه نمونه نگاه کنید، باز هم خیلی عقب است. اودایان اوماپاتی، مدیرعامل و یکی از بنیانگذاران، به TechCrunch گفت: تقریباً نادیده گرفته شده است.
تاریخچه پیدایش ساز ولتا به سال 2015 باز می گردد، زمانی که اوماپاتی در مؤسسه فناوری ماساچوست بر روی پایان نامه خود کار می کرد. او گفت: “آنچه که من متوجه شدم این بود که فناوری های موجود برای جابجایی، مخلوط کردن و گرم کردن مایعات قدیمی بودند.” “من متوجه شدم که اگر باید زیست شناسی را در مقیاس بزرگ انجام دهیم، اتوماسیون برای زیست شناسی باید از ابتدا ساخته می شد.”
فرآیند تهیه نمونه DNA با یک نمونه بیولوژیکی مانند خون، بزاق یا حتی بافت گیاهی آغاز می شود. از آنجا، یک سری واکنش های آنزیمی و شیمیایی انجام می شود که مولکول های DNA را بیرون می کشد. سپس باید آنها را دستکاری کرد تا بتوان آنها را توسط یک ترتیب دهنده “خوانده” کرد. این واکنش ها توسط روبات هایی که مایعات را دستکاری می کنند یا در برخی موارد با دست انجام می شود.
ولتا این فرآیند را با چیزی که اوماپاتی «سیال دیجیتال» می‌نامد خودکار می‌کند – نوعی خیس شدن الکتریکی. این از مجموعه ای از الکترودها استفاده می کند که بر روی یک شبکه چیده شده اند، که هر یک می توانند شارژ یا تخلیه شوند، چیزی شبیه پیچ و خم ایجاد می کنند که می تواند قطرات مایع را به دقت تعیین کند.
آرایه سیال دیجیتال ولتا. اعتبار تصویر: آزمایشگاه ولتا
با برنامه‌ریزی مناسب، اوماپاتی مطمئن است که پلتفرم او اجازه می‌دهد تا مایعات به روش‌های پیچیده‌تری مانند استفاده از میدان‌های مغناطیسی برای استخراج مولکول‌های خاص از نمونه‌ها برای تجزیه و تحلیل بیشتر، دستکاری شوند.
با وجود این احتمالات، ابزار قرار است کوچک باشد: هدف Umapathi حفظ اندازه لپ‌تاپ است.
Umapati اولین کسی نیست که پتانسیل سیال دیجیتال را برای کاربردهای بیولوژیکی مشاهده می کند. در واقع، ایلومینا سال هاست که به فناوری هایی با این طبیعت علاقه مند بوده است.
در سال 2013، ایلومینا Advanced Liquid Logic را خریداری کرد، شرکتی که در سال 2004 تأسیس شد و قبلاً روی کاربرد میکروسیال‌های دیجیتال در آماده‌سازی برای توالی‌یابی DNA نسل بعدی کار می‌کرد. در سال 2015، ایلومینا به تلاش برای انتشار نسخه خود از یک محصول نمونه کتابخانه DNA به نام NeoPrep ادامه داد، که فرآیند چهار پنج روزه را در یک ابزار ترکیب کرد که می‌توانست کار را در 30 دقیقه تکمیل کند. با این حال، همانطور که نویسندگان مقاله مروری در سال 2020 در مورد صنعت مرطوب کردن اشاره کردند، این ابزار “به دلایل نامعلومی” در سال 2017 متوقف شد.
دشوار است که بگوییم پایان NeoPrep در سال 2017 پیامدهای بیشتری برای فرآیند تجاری سازی خود Volta دارد یا خیر. اما به نظر می رسد که ایلومینا هنوز این ایده را به رخ نکشیده است.
روز پنجشنبه، ولتا یک دور سری A 20 میلیون دلاری به رهبری Maverick Ventures (Maverick دور افتتاحیه قبلی را نیز رهبری کرد)، با حضور Khosla Ventures، Casdin Capital و E14 Funds اعلام کرد. شرکت کنندگان همچنین شامل یکی از بنیانگذاران ایلومینا، جان استولپناگل و دیگر نام های بزرگ در فضای ژنتیکی، مانند آن ووجکیکی، مدیر عامل 23andMe، و پل مک ایوان، بنیانگذار Kapa Biosystems هستند. McEwan به طور خاص برنامه های آماده سازی نمونه توالی را در Roche Sequencing Solutions رهبری کرده است.
سوال طبیعی در اینجا این است: آیا ساز ولتا واقعا هنوز وجود دارد؟ اوماپاتی گفت که درست است و در حال حاضر در دست چهار شریک است که آن را در محل آزمایش می کنند. او از ذکر نام شرکا خودداری کرد، اما آنها را به اختصار توضیح داد.
یکی یک شرکت متمرکز بر مراقبت از سرطان و بیماری های عصبی است که از فناوری Volta برای توسعه فرآیند استخراج DNA استفاده می کند. یکی یک موسسه تحقیقاتی در کاربردهای RNA است. او می گوید سومین «مرکز ژنوم» است. شرکت چهارم یک شرکت بیوتکنولوژی است که به زیست شناسی مصنوعی علاقه مند است.
این شرکت قصد دارد یک “نسخه محدود” را در کنفرانس AGBT Genomics در ماه ژوئن منتشر کند. در طول این راه اندازی، Umapati همچنین انتظار دارد داده های پروژه های آزمایشی انجام شده با “مرکز ژنومیک” را ارائه دهد. او انتظار دارد در سال 2023 یک محصول تجاری آماده داشته باشد.
صنعت ژنومیک که به سرعت در حال رشد است ممکن است فضایی برای ولتا داشته باشد. تعیین توالی ژنوم انسان به عنوان بخشی از پروژه ژنوم انسانی 3 میلیارد دلار هزینه داشت. امروز می توان همین روند را با حدود 600 دلار تکرار کرد. تجزیه و تحلیل ژنتیکی McKinsey در سال 2020 تخمین می زند که هزینه تعیین توالی ژنوم می تواند در یک دهه به زیر 100 دلار برسد.
در این زمینه، مکان دشوار در آماده سازی نمونه آشکار به نظر می رسد. سوال بزرگ‌تر اینجا این است: چرا غول‌ها در توالی‌یابی ژنوم راه‌حلی پیدا نکرده‌اند؟
بخشی از پاسخ این است که آنها قبلاً آن را در برخی جاها مانند Roche امتحان کرده اند انجام دادن ابزارهایی دارید که بر خلاف سیستم یکپارچه ای که Umapathi قصد ایجاد آن را دارد، هر قطعه کوچک از پازل را به صورت جداگانه مدیریت می کند تا برای سازگاری آماده شود. اما پاسخی که Umapati ترجیح می دهد این است که فناوری توالی موجود در حال حاضر به اندازه کافی پیچیده است که تمام وقت باشد.
“فناوری که ما امروز ساخته ایم تقریباً به اندازه آماده سازی خود نمونه پیچیده است. بنابراین برای بسیاری از شرکت‌های فناوری توالی، دستیابی به فناوری اصلی خود یک چالش بزرگ بود.
در آینده، ولتا باید ثابت کند که شیمی نسبتاً پیچیده را می توان در چنین ابزار فشرده ای دستکاری کرد. او باید داده های بسیار بیشتری از آنچه در حال حاضر دارد منتشر کند تا واقعاً ثابت کند که می تواند در این جایگاه قرار بگیرد. تست های محرمانه با چهار مشتری و داده های منتشر نشده کافی نیست.
اما اگر واقعاً کار کند، ولتا می‌تواند به ظهور صنعتی بپیوندد که در حال حاضر در حال رشد است. با این دور از سری A، Umapathi قصد دارد برنامه تولید را ترسیم کند و ظرفیت تجاری سازی را آغاز کند.
وی گفت: فکر می کنم سرمایه زیادی احتمالاً صرف ساخت استراتژی محصول و تجاری سازی یا تیم می شود و همچنین در سال آینده به تجاری سازی نزدیک می شود.