雖然DNA測(cè)序提供了精確的，核苷酸 - 核苷酸的基因組信息，但基因組圖譜提供了一個(gè)更大的圖像視角，可以提供有價(jià)值的結(jié)構(gòu)信息。就像繪制道路以描繪城市的結(jié)構(gòu)信息而無(wú)需詳細(xì)說(shuō)明每個(gè)家庭或企業(yè)一樣，基因組圖譜可以成為理解大塊重排或改變的DNA變異的有力工具。

更技術(shù)上，基因組作圖用于獲得具有約2000堿基對(duì)(bp)分辨率的大規(guī)?；蚪M信息，而不是單堿基測(cè)序分辨率。基因組圖譜補(bǔ)充了DNA測(cè)序，可以深入了解長(zhǎng)度在150,000到100萬(wàn)bp之間的巨大完整分子。獲得這些大片段的測(cè)量結(jié)果并非沒(méi)有挑戰(zhàn)，但本周發(fā)表在Biomicrofluidics期刊上的納米通道映射物理學(xué)的新研究可能有助于克服過(guò)程中的(字面)結(jié)和推進(jìn)基因組圖譜技術(shù)。

明尼蘇達(dá)大學(xué)的一組研究人員與BioNano Genomics公司合作，該公司將納米通道中的基因組圖譜商業(yè)化，以了解構(gòu)建該圖譜的基礎(chǔ)物理，并利用這種理解來(lái)改進(jìn)該技術(shù)。BioNano Genomics通過(guò)編碼具有序列特異性熒光標(biāo)記的DNA來(lái)定位基因組，然后將其注入納米通道，使分子伸展出來(lái)。從拉伸的DNA中讀取結(jié)構(gòu)作圖信息。

然而，DNA結(jié)將在這種方法中產(chǎn)生扭結(jié)，因?yàn)榉肿蛹m結(jié)可能被錯(cuò)誤地讀作基因組序列中的結(jié)構(gòu)變異。為了更好地理解這些納米結(jié)，該小組使用計(jì)算機(jī)模擬來(lái)模擬DNA的納米通道配置，并將預(yù)測(cè)與基于測(cè)量的表征進(jìn)行比較。

“我們研究了DNA在通道內(nèi)形成結(jié)的可能性，并預(yù)測(cè)了結(jié)的大小，”研究團(tuán)隊(duì)成員，該作品的第一作者凱文多夫曼說(shuō)。“這在繪圖中很重要，因?yàn)榻Y(jié)點(diǎn)可能被錯(cuò)誤地表征為DNA序列結(jié)構(gòu)的變化，實(shí)際上它們只是通道內(nèi)DNA的重排。”

這一系列研究提出了若干挑戰(zhàn)。形成結(jié)的概率非常低，基因組作圖中使用的分子非常大，需要團(tuán)隊(duì)提出一個(gè)計(jì)算管道，能夠在結(jié)點(diǎn)和DNA片段的分辨率下模擬該系統(tǒng)。整個(gè)。

“以前在這些類型的納米通道中進(jìn)行DNA打結(jié)的工作研究的分子幾乎比我們研究中的分子小一個(gè)數(shù)量級(jí)，”Dorfman說(shuō)。該團(tuán)隊(duì)面臨的另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是處理來(lái)自數(shù)百萬(wàn)DNA鏈的數(shù)TB數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菫楂@得有意義的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)而生成的。

這項(xiàng)研究的目的是看模型的打結(jié)預(yù)測(cè)是否與在DNA分子上可能結(jié)的實(shí)驗(yàn)中觀察到的亮點(diǎn)一致。

“我們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與均衡統(tǒng)計(jì)力學(xué)不一致，這意味著實(shí)驗(yàn)中的結(jié)可能實(shí)際上不是結(jié) - 而實(shí)驗(yàn)中處理數(shù)據(jù)的方式表明許多潛在的打結(jié)事件，我們無(wú)法明確地將這些事件識(shí)別為結(jié)，“多爾夫曼說(shuō)。

為了解決實(shí)驗(yàn)和模擬之間的差異，該小組將不得不返回實(shí)驗(yàn)，從結(jié)的運(yùn)動(dòng)中收集動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

“動(dòng)態(tài)信息可以為我們提供關(guān)于通道中DNA結(jié)構(gòu)的非常重要的見(jiàn)解，并且可能讓我們知道結(jié)是否確實(shí)是結(jié)，”Dorfman說(shuō)。

由于結(jié)形成非常罕見(jiàn)，獲取大量數(shù)據(jù)集，篩選它們以找到可能打結(jié)的DNA，然后詳細(xì)分析這些DNA分子是必要的。

然而，這項(xiàng)工作確實(shí)揭示了這些結(jié)不是基因組圖譜中的固有問(wèn)題。如果結(jié)形成頻繁，這將使基因組圖譜數(shù)據(jù)的處理更具挑戰(zhàn)性。如果實(shí)驗(yàn)中的表觀結(jié)來(lái)自其他來(lái)源，那么可以通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)方案的其他部分來(lái)去除它們。