Улучшен метод секвенирования генома единичных клеток
Исследователи под руководством биоинженеров из Калифорнийского университета в Сан-Диего получили наиболее полные последовательности генома из единичных клеток E. coli и отдельных нейронов человеческого мозга. Прорыв стал возможен благодаря новой технике секвенирования генома единичных клеток, при которой амплификация генома ограничена жидкостными микролунками объёмом всего 12 нанолитров.
Исследование опубликовано в журнале Nature Biotechnology 10 ноября 2013 года.
Геномное разнообразие клеток мозга
«Наши предварительные данные позволяют предположить, что отдельные нейроны одного и того же мозга имеют разный генетический состав. Это относительно новая идея, и наш подход позволит исследователям изучать геномные различия между единичными клетками с гораздо более высокой детализацией», — заявил профессор Кунь Чжан, ведущий автор статьи.
Новый подход демонстрирует значительно меньшую «амплификационную погрешность» — ключевую технологическую проблему секвенирования единичных клеток последнего десятилетия. Эта погрешность означает неравномерность этапа амплификации, когда разные участки генома копируются разное количество раз, что осложняет последующий анализ.
Секвенирование геномов единичных клеток представляет большой интерес для изучения микроорганизмов, не растущих в лаборатории, раковых и стволовых клеток, а также геномного разнообразия клеток мозга.
«Это может дать новое понимание как нормального, так и патологического мозга, например, при болезни Альцгеймера, Паркинсона или шизофрении», — отметил соавтор работы Джерольд Чун.
Новый метод позволил выявить потери или дупликации участков ДНК размером всего в 1 миллион пар оснований — это наивысшее на тот момент разрешение для подходов секвенирования единичных клеток.
Амплификация в нанолитровых лунках
Микролунки объёмом 12 нанолитров (nL), в которых происходит амплификация, являются одними из самых маленьких, использовавшихся в опубликованных протоколах для секвенирования генома единичных клеток.
«Уменьшив объём реакции амплификации в 1000 раз до нанолитрового уровня в тысячах микролунок, мы повысили эффективную концентрацию генома-шаблона, что привело к улучшению равномерности амплификации и снижению загрязнения ДНК», — пояснил Джефф Гоул, первый автор статьи.
По сравнению с наиболее полным ранее опубликованным набором данных генома единичной E. coli, новый подход позволил восстановить на 50% больше генома E. coli, используя в 3–13 раз меньше данных секвенирования.
«Результаты демонстрируют, что MIDAS предоставляет гораздо более эффективный способ сборки целых бактериальных геномов из единичных клеток без культивирования», — пишут авторы.
Междисциплинарное сотрудничество
Исследователи в области геномики сотрудничали со специалистами по микрофабрикации для создания массивов микролунок. Работа велась в Nano3 Labs Института Квалком.
«Этот проект не увенчался бы успехом без поддержки в области изготовления и инструментария, доступной в Jacobs School и Qualcomm Institute», — сказал Чжан.