用于解碼最長DNA序列的記錄令人印象深刻
像其他專業(yè)人士一樣,科學(xué)家們喜歡做他們所做的最好的事情,但他們也喜歡在工作中享受樂趣。并且在2018年,我的同事們在聲稱解碼世界上最長的DNA序列的記錄方面做到了這一點。對于所涉及的英國科學(xué)家來說,也許最重要的事實是他們的DNA讀數(shù)大約是他們的澳大利亞競爭對手持有的前一記錄的兩倍。獲得記錄的榮耀是灰燼式競爭產(chǎn)生更長DNA 序列的結(jié)果。在過去的一年中,該記錄曾多次交手,但憑借這一新的序列,獎杯似乎在英國是安全的 - 至少目前是這樣。
但令人興奮的是,這個記錄最令人鼓舞的是科學(xué)和未來的應(yīng)用程序,因為我們能夠解碼更長的序列。
拼圖混亂
自千年時代解碼第一個人類基因組以來,科學(xué)家能夠讀取DNA序列的技術(shù)已經(jīng)走過了漫長的道路?,F(xiàn)在有許多方法可以讀取DNA,但問題是許多動物和植物基因組通常是數(shù)十億個堿基對(稱為A,T,G和C的DNA構(gòu)建塊對),所以理解它們是棘手。人們過去曾使用過不同的方法,但基本上他們所做的就是將DNA分成小部分,閱讀每一部分,然后嘗試將結(jié)果重新組合在一起,有點像你用拼圖游戲做的事情。
因此,在DNA測序方面,將DNA片段以正確的順序放在一起是一個主要障礙。你擁有的碎片越多越明顯越難,特別是如果它們很短并且非常相似。
因此,能夠連續(xù)閱讀更長的片段 - 最終一次完整的染色體 - 將對科學(xué)和創(chuàng)新產(chǎn)生巨大影響。在我自己的研究中,我有興趣找到?jīng)Q定動物體左側(cè)和右側(cè)的基因。雖然我可以相當(dāng)直接地閱讀像“杰里米”這樣的蝸?;蚪M- 它有一個向左而不是向右盤旋的外殼 - 很難理解它,因為它的順序幾乎完全是混亂的。
同樣在諾丁漢大學(xué)的同事馬特·洛斯(Matt Loose)帶領(lǐng)團(tuán)隊支持新的世界紀(jì)錄,該記錄一次性讀取人類DNA的230萬堿基。把它放在上下文中,在最常見的DNA測序形式中,一次只讀取幾百個堿基,產(chǎn)生數(shù)百萬個片段。如果幾百個基地相當(dāng)于一次大獎賽賽道,那么一個2.3米堿基對的讀數(shù)是圍繞地球周長的兩倍。相比之下,Kinghorn臨床基因組學(xué)中心的主要競爭對手澳大利亞隊仍落后一步。他們?nèi)匀恍枰谑澜绺鞯孬@得一次。
長讀和小孔
推動這些進(jìn)步的關(guān)鍵技術(shù)是一個非常小的孔,稱為納米孔。DNA堿基或字母通過納米孔進(jìn)行棘輪攻擊,并且可以通過監(jiān)測通過它的電流的中斷來讀取順序。如果納米孔的尺寸縮小到拇指和食指的大小,那么科學(xué)家們就會穿過長度超過7公里的繩索穿過洞,而不會纏結(jié)或破裂。相比之下,更典型的DNA序列長度約為半米。
理論上,使用這種方法可以一次性對整個染色體進(jìn)行測序。這樣可以避免嘗試組裝大型拼圖的問題。但每條染色體的自然斷裂意味著這可能是不可能的。無論讀取長度的實際限制是什么,新方法已經(jīng)被用于更快速且成本有效地識別疾病爆發(fā)中的病原體。相同的方法也被用于快速和準(zhǔn)確地表征隨著細(xì)胞發(fā)展成癌變而發(fā)生的基因組重排。
最近提出的對1.5m已知動物,植物和真菌物種的基因組進(jìn)行測序的提議也將受益于這些新的長讀技術(shù)。將來,這些方法將有助于實現(xiàn)真正個性化的醫(yī)學(xué) - 對我們的個體基因組進(jìn)行測序。在英國,大約有85,000人已經(jīng)閱讀了他們的整個遺傳密碼,并希望在未來五年內(nèi)對100萬個基因組進(jìn)行測序。目前,大多數(shù)情況是使用較舊的短讀技術(shù)完成的,這種技術(shù)仍然更便宜但卻錯過了一層重要的結(jié)構(gòu)信息。
在我自己的實驗室中,我計劃使用相同的方法來找到有時使蝸牛存在于自身的兩個鏡像版本中的基因。相同的方法也可用于進(jìn)一步揭示人類疾病的遺傳學(xué),特別是那些由于結(jié)構(gòu)重排和基因拷貝數(shù)變化引起的遺傳學(xué)。
記錄背后的科學(xué)家認(rèn)為,他們的記錄可能會持續(xù)一年左右。競爭正在擴(kuò)大,包括其他競爭對手 - 就在上個月,來自荷蘭的新進(jìn)入者在一個擊敗英國記錄的過程中嶄露頭角。
但考慮到利害關(guān)系,激烈的競爭只會是一件好事。
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