Крупный прорыв в расшифровке геномов мелких видов

Впервые учёные прочитали полный генетический код одной-единственной крошечной комарихи. Традиционно было сложно извлечь достаточно ДНК из насекомых и других мелких организмов для построения высококачественного генома отдельной особи. Учёные из Института Сэнгера и компании Pacific Biosciences совместно усовершенствовали технологию, снизив необходимое количество ДНК до эквивалента «половины комара», и получили первый высококачественный полный геном одной особи комара.

Результаты, опубликованные в журнале Genes, открывают путь к пониманию истинного генетического разнообразия насекомых и других членистоногих — самой разнообразной группы животных в древе жизни.

В 2018 году организации-партнёры по всему миру официально запустили проект «Earth BioGenome Project» — глобальную миссию по секвенированию всех 1,5 миллионов известных видов животных, растений, простейших и грибов на Земле. Этот проект в конечном итоге создаст новую основу для биологии, чтобы найти решения для сохранения биоразнообразия и поддержания человеческих сообществ.

При изучении биологии вида геном одной особи может использоваться как референсный для исследования генетических различий, объясняющих разную восприимчивость к болезням, приспособленность и адаптацию у других особей того же вида.

Однако извлечь ДНК и секвенировать геном одних видов гораздо проще, чем других. В частности, до сих пор было невозможно собрать геном из одной мелкой особи, например насекомого, с использованием существующих технологий секвенирования. Это делало генетические коды отдельных насекомых и других видов схожего размера недоступными.

До сих пор учёным приходилось объединять ДНК нескольких особей одного вида или скрещивать их для получения генетически родственных особей, чтобы собрать достаточно ДНК для построения генома. Это создаёт трудности при сборке генетической последовательности после секвенирования, поскольку сложно определить, какой генетический фрагмент от какой особи, что приводит к геномным последовательностям, полным пробелов и ошибок.

В новом исследовании учёные из Института Сэнгера совместно с коллегами из компании-разработчика технологий секвенирования Pacific Biosciences (PacBio) впервые получили высококачественный геном из одного насекомого, используя новую технологию, снижающую требуемое количество ДНК.

Учёные из Сэнгера извлекли ДНК из одной комарихи Anopheles coluzzii и отправили её в PacBio в США.

Чтобы уменьшить количество исходной ДНК, необходимое для секвенирования генома, команда PacBio модифицировала химический протокол подготовки к геномному секвенированию. Они убрали два этапа процесса, которые приводят к потере ДНК: шеринг — разрезание фрагментов ДНК на фрагменты определённого размера, и селекцию по размеру — удаление нежелательных мелких фрагментов.

Команда смогла получить высококачественный геном всего из 100 нанограммов ДНК — примерно эквивалента половины комара. Это более чем на порядок меньше, чем 5 микрограммов ДНК, требовавшихся ранее.

Полученный геном был быстро собран, полон и точен. Благодаря полной геномной картине почти половина ранее не размещённых фрагментов ДНК этого вида комаров теперь может быть правильно расположена в хромосомном контексте.

Это достижение может иметь положительный потенциал и для человека. Например, в будущем станет возможным собрать полный генетический код рака пациента из одной биопсии.