Прорыв в биоинформатике: высококачественный транскриптом всего из пятидесяти клеток
Биоинженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего создали новый метод анализа РНК-транскриптов из образцов в 50–100 клеток. Подход может быть использован для разработки недорогих и быстрых методов диагностики рака на ранних стадиях, а также лучших инструментов для криминалистики, открытия лекарств и биологии развития.
Протоколы, опубликованные в апреле 2013 года в журнале Nature Scientific Reports, теперь применяются в широком спектре биологических и медицинских исследований — от рака мозга до функции печени и биологии стволовых клеток.
Метод биоинженеров называется Designed Primer-based RNA sequencing или «DP-seq». Это новый инструмент для создания комплексных «снимков» РНК — «транскриптома» — из всего 50 пикограмм РНК. Анализ транскриптома даёт представление о биологических процессах, происходящих в конкретный момент времени. РНК-транскрипты служат индикатором того, какие гены экспрессируются и на каком уровне.
Целевая амплификация
Несмотря на малое количество исходной РНК, протокол DP-seq сохраняет относительное количество РНК-транскриптов, даже для низко- и среднеэкспрессируемых.
Кроме того, DP-seq можно использовать для целевой амплификации специфических, средне- или низкоэкспрессируемых РНК-транскриптов за счёт снижения амплификации высокоэкспрессируемых. Это позволяет исследовать низко- и среднечастотные транскрипты, которые могут теряться при амплификации в других протоколах.
Чтобы продемонстрировать эту селективную амплификацию, исследователи разработали праймеры, подавляющие амплификацию высокоэкспрессируемых рибосомных транскриптов в эмбриональных стволовых клетках мышей. Это, наряду с высокой чувствительностью и широким динамическим диапазоном DP-seq (более пяти порядков величины концентрации РНК), позволило обнаружить РНК-транскрипты, ранее выявляемые только на более поздних стадиях эмбрионального развития.
Протокол DP-seq — один из нескольких подходов, разработанных за последние два года, способных генерировать транскриптомы примерно из 50 пикограмм РНК. Однако новые протоколы из UC San Diego, по словам исследователей, имеют явные преимущества. Например, использование 44 гептамерных праймеров для амплификации кДНК делает DP-seq более быстрым и экономичным по сравнению с подходами, основанными на амплификации полноразмерной кДНК из крайне малых образцов РНК.
На пути к системному здоровью
DP-seq — это подход на основе секвенирования нового поколения для анализа всего транскриптома. В его основе лежит центральная догма биологии: ДНК транскрибируется в РНК, которая затем транслируется в белки.
Анализ того, какие РНК-транскрипты присутствуют и в каком количестве, даёт снимок системных паттернов экспрессии генов и состояния системы.
Подходы вроде DP-seq, предоставляющие количественные данные об уровне экспрессии генов в масштабах всей системы, являются частью перехода к «системному здоровью». В его рамках исследователи строят системные модели, описывающие биологические явления и объясняющие причины болезней.
На эту технологию подана заявка на патент, и она доступна для лицензирования.