211service.com
Ķīniešu, Āfrikas genomi sekvencēti
Jorubas vīrietis no Nigērijas un Han ķīnietis trešdien pievienojās ģenētikas spīdekļiem Džeimsam Vatsonam un Kreigam Venteram kā vienīgajiem cilvēkiem, kuriem ir veikta genomu sekvencēšana un publiskošana. Abi anonīmie genomi kalpo kā pierādījums tam, ka jaunās sekvencēšanas tehnoloģijas, kas ir daudzkārt lētākas nekā standarta metodes, spēj precīzi nolasīt visa cilvēka genoma secību. Tas nozīmē, ka zinātnieki varēs secināt tūkstošiem cilvēku, kas, viņuprāt, beidzot ļaus saskaņoti saprast slimības genoma pamatu.
DNS lasīšana: DNS fragmentu blīva iesaiņošana uz šīs Illumina kredītkartes izmēra mikroshēmas, ko sauc par plūsmas šūnu, nodrošina augstas caurlaidības sekvencēšanu. Plūsmas šūnā var ietilpt aptuveni 50 miljoni DNS kopu, no kurām katra satur aptuveni 1000 viena un tā paša fragmenta kopiju. Pašlaik ir vajadzīgas aptuveni 40 plūsmas šūnas, lai precīzi secinātu cilvēka genomu.
Tas noved pie laika, kas nepieciešams cilvēka genoma sekvencēšanai no gadiem līdz mēnešiem, saka Samuels Levijs , cilvēka ģenētikas direktors Kreiga Ventera institūtā Rokvilā, MD, kurš nebija iesaistīts pētījumā. Tas ir milzīgs tehnoloģiskais sasniegums. Tas dod mums iespēju veikt tādus pētījumus, kādus mēs vēlamies veikt, lai ģenētiskās variācijas saistītu ar cilvēka iezīmēm.
Pēdējo desmit gadu laikā sekvencēšanas izmaksas ir dramatiski samazinājušās. Lai gan cilvēka genoma projekta laikā radītā atsauces secība maksāja 300 miljonus ASV dolāru, Vatsona genoms, kas tika izlaists pagājušajā gadā un sekvencēts, izmantojot tehnoloģiju, ko izstrādāja 454 Zinātnes par dzīvību , Brenfordā, CT, maksā apmēram 1 līdz 2 miljonus ASV dolāru. Jorubas genoms maksāja aptuveni 250 000 USD, un tā pabeigšana prasīja tikai divus mēnešus, izmantojot tehnoloģiju no Apgaismot , ģenētikas tehnoloģiju uzņēmums, kura galvenā mītne atrodas Sandjego.
Jaunas sekvencēšanas tehnoloģijas palielina ātrumu un samazina izmaksas, vienlaikus sekvenējot simtiem tūkstošu DNS gabalu. Tehnisku iemeslu dēļ šis lielais paralēlisms samazina bāzes pāru skaitu — DNS burtus —, ko var nolasīt no katra gabala. Standarta secības noteikšanas metodes var nolasīt 400 līdz 800 bāzes pārus, bet Illumina tehnoloģija var nolasīt tikai 35 līdz 50. Tas apgrūtina pilnīgas secības salikšanu, kas prasa skaitļošanas metodi, kas pārklājas kopā.
Šo īso lasīšanas garumu dēļ nav bijis skaidrs, cik precīzi Illumina un citu uzņēmumu tehnoloģija varētu secināt cilvēka genomu. Jaunajos pētījumos, kas šodien publicēti Daba Pētnieki no Illumina un Pekinas Genomikas institūta Ķīnā parāda, ka, veicot katra subjekta genomu sekvencēšanu aptuveni 40 reizes, viņi varēja nolasīt 99,9 procentus no secības atsauces genomā. Lielāks sekvencēšanas piegājienu skaits — standarta sekvencēšanai ir nepieciešamas tikai aptuveni 6–10 pārkāpšanas — ir nepieciešams, lai kompensētu īsākus lasīšanas garumus. Bet pat ar papildu caurlaidēm jaunā tehnoloģija ir daudz lētāka.
Zinātnieki varēja pārbaudīt savu secību precizitāti, salīdzinot tās ar iepriekšējām to pašu genomu ģenētiskajām analīzēm. Jorubas DNS, ko sekvencēja Deivids Bentlijs un viņa kolēģi Illumina, tika izmantota iepriekšējos pētījumos, kuros tika meklēti viena nukleotīda polimorfismi (SNP) vai viena burta ģenētiskās variācijas vienlaikus, kas izplatījās visā genomā. Jun Wang un kolēģi no Pekinas Genomikas institūta, kas sekvencēja Ķīnas genomu, pārbaudīja savus rezultātus, salīdzinot ar tiem, kas iegūti no mikromasīva, kas ir paredzēts, lai noteiktu tūkstošiem izplatītu SNP.
Abas jaunās sekvences neatklāj nekādus genoma pārsteigumus. Pētnieki Jorubas genomā atrada aptuveni četrus miljonus SNP, no kuriem aptuveni 26 procenti iepriekš nebija identificēti. Jorubas genomam bija augstāks ģenētiskās daudzveidības līmenis nekā iepriekš sekvencētie atsevišķie genomi, taču agrākā Āfrikas DNS analīze bija paredzējusi tik daudz. Turpretim Ķīnas genomam bija aptuveni 13,6 procenti iepriekš neidentificētu SNP.
Zinātnieki cer, ka spēja identificēt jaunus SNP būs ieguvums slimības genoma pamata medībās. Lielākā daļa lielo genoma pētījumu līdz šim ir vērsti uz kopīgām ģenētiskām variācijām — tām, kuru biežums ir vismaz 5 procenti —, jo tās bija visvieglāk atrast. Taču pētījumi liecina, ka šīs variācijas veido tikai daļu no ģenētiskā ieguldījuma izplatītajās slimībās. Spēja sekvencēt daudzus cilvēka genomus ļaus zinātniekiem atrast vairāk retu variantu un raksturot to potenciāli lielo lomu cilvēku veselībā.
Šādi pētījumi jau tiek veikti. Jorubas genoms ir daļa no starptautiskas sadarbības, kas pazīstams kā 1000 genomu projekts, kas kalpos kā tehnoloģiska izmēģinājumu platforma liela apjoma cilvēku sekvencēšanai. Jūs nevarat izveidot 1000 genomu ar vecām tehnoloģijām, bet jaunās tehnoloģijas padara to iespējamu, saka Liza Brūksa , Nacionālā cilvēka genoma pētniecības institūta ģenētiskās variācijas programmas direktors Bethesdā, MD. Projektā iesaistīto zinātnieku mērķis ir kataloģizēt visas cilvēka variācijas, kas parādās aptuveni 0,1 procenta biežumā.
Illumina nav vienīgais, cenšoties lēti sekvencēt cilvēka genomus. Uzņēmums Applied Biosystems, kas piegādāja daudzas sekvencēšanas iekārtas cilvēka genoma projektam, ir arī sekvencējis jorubas genomu un, visticamāk, drīz publicēs savus rezultātus. Divi jaunizveidoti uzņēmumi, Pacific Biosciences un Complete Genomics, arī ir karsti. Piemēram, Complete Genomics sola 5000 USD lielu genomu līdz nākamajam gadam. Uzņēmuma zinātnieki vēl nav publicējuši savus rezultātus recenzētos žurnālos, tāpēc viņu metodes pilnīgums un precizitāte vēl ir neatkarīgi jāapstiprina. Izmantojot šo un citus datus no projekta 1000 genomu, mēs varēsim pareizi kalibrēt šīs dažādās tehnoloģijas, saka. Ričards Gibss , Cilvēka genoma sekvencēšanas centra direktors Beiloras Medicīnas koledžā Hjūstonā, Teksasā.
Abi jaunie genomi ir arī pirmie, kas nav kaukāziešu genomi, kas ir pievienoti publiskajai datubāzei. Tie ir atspēriena punkts, lai izprastu ģenētiskās atšķirības starp etniskajām grupām, saka Levijs, kurš uzrakstīja komentāru, kas pievienots abu dokumentu publicēšanai.
Tajā pašā numurā Daba , zinātnieki no Vašingtonas Universitātes Medicīnas skolas Sentluisā apraksta Illumina tehnoloģijas izmantošanu, lai secinātu pirmo pilnīgo vēža genomu. Viņi atklāja astoņas iepriekš neidentificētas mutācijas, kas var izgaismot slimību.
Illumina sekvencēšanas pieejā DNS tiek sadrumstalota mazos gabaliņos un molekulāri piestiprināta pie īpaši izstrādāta priekšmetstikliņa, kas pazīstams kā plūsmas šūna. Apmēram 50 miljoni fragmentu ietilpst vienā šūnā. Katrs fragments tiek kopēts 1000 reižu, kamēr tas joprojām ir iestrēdzis plūsmas šūnā. Pēc tam šūnai pievieno fluorescējoši marķētas bāzes, kas apzīmē četrus burtus, kas veido DNS un krāso sarkanu, zaļu, zilu un dzeltenu. Bāze, kas atbilst burtam DNS fragmenta pirmajā pozīcijā, tiks pievienota šim fragmentam. Pēc tam kamera uzņem fluorescējošās bāzes attēlu katrā no 50 miljoniem plūsmas šūnas vietu. Pēc tam pamatne tiek nogriezta un cikls tiek atkārtots katram DNS fragmenta burtam. Iegūtie attēli tiek skaitļošanas veidā savienoti, lai izveidotu secību.