Новый подход к исследованию ДНК может стать ключом к разгадке смертельных болезней

Для анализа генома обычно требуются образцы миллионов клеток, но ДНК в каждой клетке не идентична. Достижения в области одноклеточной геномики могут помочь решить загадки таких болезней, как рак, возникающий из-за повреждения отдельных клеток, а также понять сложные системы организма (мозг, иммунная система), состоящие из разных типов клеток с уникальными генетическими характеристиками.

Для решения проблем одноклеточной геномики используется полногеномная амплификация — процесс репликации генетического материала из одной клетки для получения достаточного количества ДНК для анализа. В статье в Genome Medicine Шивей Лю, профессор Дженнифер Л. Гюлер (Университет Вирджинии) и другие описывают новый подход к такой амплификации, разработанный в сотрудничестве с нейробиологами. Это может стать основой для создания более эффективных методов лечения различных болезней.

Гюлер и Лю изучают одноклеточного паразита Plasmodium, вызывающего малярию (около 500 000 смертей в год). Паразит быстро развивает устойчивость к лекарствам. Команда исследует клеточные механизмы его выживания и влияние генетического разнообразия в популяции паразита на лекарственную устойчивость.

«На уровне одной клетки мы видим, что отдельные клетки в популяции имеют небольшие различия. Эти различия могут быть незаметны, но способны влиять на эффективность лекарств», — говорит Гюлер.

Учёные научились захватывать и извлекать ДНК из отдельных клеток, чтобы выявить эти критические различия. Однако последующая амплификация ДНК (создание множества копий для секвенирования) создаёт проблемы: в процессе копирования возникают ошибки, и копии не всегда точно отражают исходный геном. Это серьёзная проблема для одноклеточной геномики.

Для малярийного паразита задача особенно сложна: его геном примерно в 300 раз меньше человеческого, поэтому требуется чрезвычайно чувствительный и специфичный метод амплификации. Кроме того, Plasmodium живёт в крови человека, поэтому метод должен избирательно амплифицировать геном паразита, а не хозяина.

Решение появилось благодаря сотрудничеству с нейробиологом Майком Макконнеллом, специалистом по одноклеточному анализу генома клеток мозга. Его команда использовала метод MALBAC (multiple annealing and looping based amplification cycles) для решения проблем амплификации генома одной клетки.

Команда Гюлер адаптировала метод Макконнелла для захвата одиночных клеток и метод MALBAC для точного воспроизведения ДНК Plasmodium, минимизируя загрязнение ДНК хозяина.