Ученые выводят секвенирование ДНК на уровне одной молекулы на новый уровень

Технологии, позволяющие изучать ДНК с разрешением на уровне одной молекулы, значительно расширили знания о геноме человека, микробиоме и генетической основе болезней. Однако золотые стандарты такого анализа требуют не менее 150 000 человеческих клеток, что делает их неприменимыми для малых образцов, например, биопсий опухолей.

Исследователи из Gladstone Institutes разработали два новых инструмента для одно-молекулярного анализа, которые сокращают необходимое количество ДНК на 90–95%. Работа опубликована в журнале Nature Genetics.

'Мечение' ДНК для лучшего обзора

Первый инструмент — SMRT-Tag (single-molecule real time sequencing by tagmentation) — позволяет одновременно определять последовательность оснований в длинном фрагменте ДНК и расположение химических структур — метильных групп, критически важных для регуляции экспрессии генов.

При малом количестве ДНК нельзя просто создать её копии, так как это уничтожит паттерны метилирования. Команда адаптировала подход тагментации, используя бактериальный белок Tn5 для разрезания ДНК на длинные фрагменты (3000–5000 пар оснований) и их мечения. После оптимизации почти 100 различных условий метод показал эффективность при количестве ДНК, эквивалентном всего 10 000 клеткам.

Данные для клинически значимых образцов

Второй инструмент — SAMOSA-Tag — сочетает SMRT-Tag с ранее разработанным методом SAMOSA (single-molecule adenine methylated oligonucleosome sequencing assay). Он позволяет оценивать доступность хроматина (насколько легко аппарату экспрессии генов получить доступ к разным участкам ДНК) с гораздо меньшим количеством материала.

Применение метода к клеткам рака простаты (из первоначальной опухоли и метастаза у мышей) выявило различия в доступности хроматина, которые могут указывать на ключевые драйверы метастазирования.

"Это пример того, как наши инструменты могут быть применены к клинически релевантным образцам в онкологии и других областях, где ДНК мало", — говорит соавтор исследования Сива Касинатхан.

Исследователи продолжают оптимизировать методы для работы с ещё меньшими количествами ДНК и делятся протоколами онлайн, поощряя обратную связь и коллаборации.