Модель ДНК. Исследователи разработали новый метод для расшифровки генетических вариантов человека и закрытия пробелов на карте генома человека.
Благодаря методу секвенирования, разработанному компанией Pacific Biosciences, в геноме человека обнаружены тысячи новых генетических вариантов, позволившие закрыть на карте генома человека множество пробелов, которые длительное время не удавалось «прочесть».
По мнению Эвана Эйхлера, профессора наук о геноме Университета Вашингтона, одномолекулярное секвенирование в режиме реального времени (single-molecule, real-time DNA sequencing, SMRT) теперь может помочь исследователям идентифицировать потенциальные мутации, являющиеся причиной множества заболеваний, генетические причины которых долгое время ускользали от исследователей. Сообщение об исследовании опубликовано в журнале Nature.
К настоящему времени исследователям удалось выявить генетические причины примерно половины наследственных заболеваний. Эта загадка получила название «проблемы отсутствующей наследственности». Одна из ее причин могла заключаться в том, что стандартные подходы к секвенированию не позволяли с достаточной точностью картировать многие участки генома. Большинство методов секвенирования подразумевает прочтение и последующее выравнивание на референсный геном сотен миллионов небольших перекрывающихся фрагментов ДНК (обычно имеющих длину не более 250 пар нуклеотидов (п.н.)), по которым затем составляется карта генома.
Ученые уже обнаружили и описали миллионы небольших вариантов в геноме человека, таких как однонуклеотидные полиморфизмы. Стандартные методы секвенирования также позволили выявить крупные мутации, обычно затрагивающие участки ДНК длиной от 5 тыс. пар оснований. Однако по техническим причинам ученые ранее не могли достоверно определить варианты средней длины – от 50 до 5000 п.н.
Метод SMRT, использованный в новом исследовании, дал возможность секвенировать и прочитать фрагменты ДНК длиной более 5000 п.н., что значительно превышает возможности стандартных технологий секвенирования.
Методика длинного прочтения, разработанная компанией Pacific Biosciences (Калифорния, США), позволила исследователям получить карту структурных вариантов генома с гораздо большим разрешением, чем было возможно ранее. Марк Шассон (Mark Chaisson), научный сотрудник лаборатории Эйхлера и главный автор публикации, разработал метод детекции структурных вариантов на уровне разрешения одной пары нуклеотидов, используя полученные данные.
Для упрощения анализа исследователи использовали материал пузырного заноса – аномального образования, формирующегося при оплодотворении сперматозоидом яйцеклетки, не имеющей хромосом. В геноме пузырного заноса содержится только одна копия каждого гена вместо двух, существующих в норме, что упрощает поиск генетических вариантов.
Применив новый подход для исследования материала пузырного заноса, исследователям удалось выявить и секвенировать 26079 участков, отличавшихся от референсного генома человека, используемого в исследованиях. По словам Эйхлера, о большинстве (около 22 тыс.) вариантов ранее никогда не сообщалось.
Новый метод также позволил Эйхлеру и его коллегам картировать некоторые из более чем 160 участков генома, называемых эухроматиновыми пробелами, которые не удавалось секвенировать в предыдущих попытках. Работа исследователей закрыла 50 пробелов и указала примерное положение 40 других.
По словам Эйхлера, в этих пробелах находятся некоторые важные последовательности, среди которых части генов и регуляторных элементов, помогающих контролировать экспрессию генов. Некоторые из фрагментов ДНК внутри пробелов несут признаки токсичности для Escherichia coli – бактерии, обычно используемой в некоторых процессах секвенирования геномов.
«Похоже, что, если такие последовательности ДНК вставлялись в E. coli, бактерия удаляла их», – говорит Эйхлер. Это может объяснить, почему такие фрагменты не могут быть секвенированы стандартными методами. Ученый добавляет, что пробелы также несут сложные последовательности, которые не достаточно хорошо воспроизводятся при стандартных методах секвенирования.
«Такие последовательности сильно варьируют между людьми и, вероятно, являются «горячими точками» генетической нестабильности», – поясняет Эйхлер.
В настоящее время технология SMRT остается исследовательским инструментом из-за высокой стоимости секвенирования – около 100 тыс. долларов США за один геном.
По мнению Эйхлера, лет через пять именно технология длинного считывания позволит клиническим лабораториям секвенировать хромосомы пациентов от начала до конца.
Источник: CBIO.RU
