ДНК-штрихкоды, которые работают надёжно: прорыв в биомедицинских исследованиях

Исследователи из Техасского университета в Остине разработали новый метод коррекции ошибок в ДНК-штрихкодах, повысив их точность и открыв путь для более масштабных медицинских исследований.

Проблема надёжности

Как и штрихкоды на товарах, ДНК-штрихкоды помогают биологам маркировать и отслеживать биологические молекулы. Однако в существующих методах эти штрихкоды содержат ошибки примерно в 10% случаев, что затрудняет интерпретацию данных и ограничивает возможности экспериментов.

Новое решение: метод FREE

Команда под руководством Джона Хокинса, Билла Пресса и Ильи Финкельштейна представила метод FREE (filled/truncated right end edit) barcodes. Он снижает уровень ошибок с 10% до 0,5% и работает чрезвычайно быстро. Метод описан в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Применение и значение

ДНК-штрихкоды используются для:

• Изучения эволюции раковых опухолей на уровне отдельных клеток.
• Исследования естественного развития органов для выращивания их заменителей.
• Скрининга миллионов потенциальных лекарств для поиска нужной молекулы.

«Теперь с этими улучшенными штрихкодами мы можем проводить более масштабные и амбициозные эксперименты, которые раньше были невозможны», — заявил Хокинс.

Как это работает

ДНК-штрихкод — это короткая последовательность из четырёх букв ДНК: A, C, G и T. Ошибки возникают, когда одна буква заменяется, вставляется или удаляется. Ключ нового метода — изначальный выбор такой последовательности для каждого штрихкода, чтобы даже при небольшой ошибке её можно было однозначно идентифицировать с исходным кодом. Для минимизации потери возможных комбинаций используется подход из компьютерных наук — упаковка сфер (sphere packing).

Преимущества над альтернативами

Альтернативные методы коррекции ошибок, такие как коды Левенштейна (Levenshtein codes), требуют отбраковки в до 100 раз большего количества штрихкодов и декодируются до 1000 раз медленнее. Новая технология делает возможными проекты с сотнями миллионов штрихкодов, обеспечивая быстрые и точные результаты.

Метод запатентован и доступен для академического и некоммерческого использования.