Новый метод значительно улучшает секвенирование метагеномов
Международная команда информатиков разработала метод, который значительно улучшает способность исследователей секвенировать ДНК организмов, которые нельзя культивировать в лаборатории, например, микробов кишечника человека или бактерий из глубин океана. Работа опубликована в выпуске Nature Methods от 1 февраля.
Метод под названием TruSPADES генерирует с помощью компьютера так называемые Synthetic Long Reads — сегменты длиной около 10 000 пар оснований генома — из широко используемых коротких ридов длиной всего 300 пар оснований, которые производятся машинами компании Illumina.
Использование Synthetic Long Reads вместо коротких ридов для сборки генома похоже на использование целых глав, а не отдельных предложений для сборки книги. Поэтому существует сильный стимул улучшить секвенирование с помощью длинных ридов.
«Это следующее поколение технологий секвенирования. Оно окажет значительное влияние на практику метагеномного секвенирования», — говорит ведущий автор исследования Павел Певзнер, профессор информатики Калифорнийского университета.
В настоящее время лидеры рынка длинного секвенирования — Pacific Biosciences и Oxford Nanopore — генерируют длинные риды, которые могут быть неточными и сложными в использовании для решения сложных задач, таких как сборка метагеномов (целых колоний микробов, взятых из их естественной среды). Напротив, Synthetic Long Reads в 100 раз точнее и могут быть быстро сгенерированы в массовом масштабе для охвата большой доли бактерий в метагеномах.
Для разработки нового метода исследователи взяли короткие риды (100–300 пар оснований), снабжённые штрих-кодами. Затем они собрали короткие риды в Synthetic Long Reads, представив их с помощью графа де Брёйна — метода, часто используемого в секвенировании коротких ридов. Этот граф позволяет определить, какие риды соединены вместе, что даёт в результате более длинные и точные Synthetic Long Reads.
Следующий шаг — применение этого метода для изучения различных микробных сообществ, от человеческого до морского микробиома. Певзнер и его соавтор Антон Банкевич из Санкт-Петербургского государственного университета работают над этим вместе с Кристофером Дюпоном, исследователем из Института Крейга Вентера.
Метагеномика особенно сложна, потому что исследователи изучают не один вид бактерий, а сотни, живущих вместе в сообществе. При извлечении и секвенировании образца из сообщества они получают фрагменты бактериальных геномов от всех организмов в нём. Это похоже на попытку собрать сотни пазлов, не зная, какая деталь к какому пазлу принадлежит. TruSPADES и Synthetic Long Reads помогут исследователям собрать эти пазлы.
«Этот метод даёт нам лучшие результаты при гораздо меньших затратах. Теперь мы собираем геномы для организмов, о существовании которых даже не знали», — говорит Кристофер Дюпон.