Новый метод помогает карманному ДНК-секвенатору достичь почти идеальной точности
Исследователи нашли простой способ устранить почти все ошибки секвенирования, производимые широко используемым портативным ДНК-секвенатором. Это потенциально позволит ученым, работающим вне лабораторий, эффективнее изучать и отслеживать микроорганизмы, такие как вирус SARS-CoV-2.
Используя специальные молекулярные метки, команда смогла снизить уровень ошибок устройства MinION от Oxford Nanopore Technologies с 5–15% до менее чем 0,005% — даже при секвенировании множества длинных участков ДНК одновременно.
«MinION произвел революцию в области геномики, освободив секвенирование ДНК от ограничений крупных лабораторий, — говорит Райан Зилс, доцент кафедры гражданского строительства Университета Британской Колумбии и соавтор исследования, опубликованного на этой неделе в Nature Methods. — Но до сих пор исследователи не могли полагаться на это устройство во многих условиях из-за его довольно высокой базовой частоты ошибок».
Последовательности генома могут многое рассказать об организме, включая его идентичность, происхождение, сильные и уязвимые стороны. Ученые используют эту информацию, чтобы лучше понять микробы в конкретной среде, а также для разработки диагностических инструментов и методов лечения. Но без точных портативных ДНК-секвенаторов важные генетические детали могут быть упущены при проведении исследований в полевых условиях или в небольших лабораториях.
Поэтому Зилс и его коллабораторы из Ольборгского университета создали уникальную систему штрих-кодирования, которая может сделать платформы для длинночитающего секвенирования ДНК, такие как MinION, более чем в 1000 раз точнее. После маркировки целевых молекул этими штрих-кодами исследователи действуют как обычно — амплифицируют (создают множество копий) помеченные молекулы с помощью стандартной техники ПЦР и секвенируют полученную ДНК.
Затем исследователи могут использовать штрих-коды, чтобы легко идентифицировать и группировать соответствующие фрагменты ДНК в данных секвенирования, в конечном итоге получая почти идеальные последовательности из фрагментов, которые в 10 раз длиннее, чем могут обработать обычные технологии. Более длинные участки ДНК позволяют обнаруживать даже незначительные генетические вариации и собирать геномы с высоким разрешением.
«Прекрасное в этом методе то, что он применим к любому интересующему гену, который можно амплифицировать, — говорит Зилс, чья команда сделала код и протокол для обработки данных секвенирования доступными через репозитории с открытым исходным кодом. — Это означает, что он может быть очень полезен в любой области, где ценна комбинация высокоточной и длинно-диапазонной геномной информации, такой как исследования рака, растений, генетика человека и наука о микробиомах».
В настоящее время Зилс сотрудничает с Metro Vancouver для разработки расширенной версии метода, позволяющей проводить почти прямое обнаружение микроорганизмов в воде и сточных водах. По словам Зилса, имея точную картину микроорганизмов, присутствующих в их водных системах, сообщества смогут улучшить свои стратегии общественного здравоохранения и технологии очистки, а также лучше контролировать распространение вредных микроорганизмов, таких как SARS-CoV-2.