211service.com
Vienas hromosomas sekvencēšana
Pēdējo trīs gadu laikā sekvencēto cilvēka genomu skaits (to DNS tiek lasīts burtu pa burtam) ir pieaudzis no saujas līdz simtiem, un tiek veikti vēl tūkstoši. Bet visiem šiem genoma rādījumiem trūkst būtiskas informācijas. Cilvēks manto divas katras hromosomas kopijas, vienu no mātes un vienu no tēva. Esošās sekvencēšanas metodes nenorāda, vai ģenētiskās variācijas, kas atrodas tuvu viena otrai genoma kartē, ir mantotas no viena un tā paša vecāka un tāpēc nāk no vienas un tās pašas hromosomas, vai arī dažas atrodas mātes hromosomā, bet dažas - tēva hromosomā. Zinot to, var izmantot dažādas iespējas, sākot no augļa DNS sekvencēšanas līdz vieglākai dažādu slimību izraisīto gēnu noteikšanai, lai labāk izsekotu cilvēka evolūcijai.
Hromosomu uztveršana: Stīvena Kvaka un līdzstrādnieku izstrādātā mikrofluidikas ierīce var uztvert vienu hromosomu, atvieglojot atsevišķu genomu analīzi.
Tagad divas komandas ir izstrādājušas veidus, kā noteikt šīs grupas, kas pazīstamas kā haplotips, indivīdā. Stīvens Kveiks un līdzstrādnieki Stenfordas universitātē izstrādāja veidu, kā fiziski atdalīt hromosomu pārus un sekvencēt katru DNS virkni atsevišķi. Džejs Šendūrs un kolēģi no Vašingtonas Universitātes Sietlā sekvencēja DNS no atsevišķām hromosomām īpaši atlasītos baseinos un izmantoja šo informāciju, lai apkopotu genomu. Abi projekti tika publicēti šonedēļ Dabas biotehnoloģija .
Tā bija reāla tehniska kļūme līdz šim publicētajos genomos [sekvencēs], saka Kveiks, Stenfordas bioinženieris, kurš bija viens no Tehnoloģiju apskats 2002. gadā labākie novatori, kas jaunāki par 35 gadiem. Katrs genoms, ko mēs turpmāk darīsim, tiks reģistrēts ar haplotipu.
Quake komanda izmantoja mikrofluidikas tehnoloģiju, ko viņi ir izstrādājuši atsevišķu šūnu atdalīšanai un analīzei. Pirmkārt, pētnieki ieslodzīja atsevišķas šūnas noteiktā šūnu cikla fāzē, kurā tiek sadalītas divas tās hromosomu kopijas. Pēc tam viņi uzsprāga šūnu, nejauši sadalīja hromosomas dažādās mikrofluidikas mikroshēmas kamerās un kopēja vai pastiprināja un analizēja DNS katrā kamerā.
Shendure, TR35 uzvarētājs 2006. gadā, un viņa komanda pastiprināja 40 000 burtu DNS posmus, kas nejauši ņemti no atsevišķām hromosomām. Tā kā katrs DNS gabals nāk no vienas hromosomu pāra puses, pētnieki zina, ka visi tās secības ģenētiskie varianti atrodas vienā hromosomā.
Shendure un Quake saka, ka haplotipa informācijai būs milzīga ietekme uz cilvēka ģenētiku, palīdzot ne tikai diagnosticēt un izprast dažu slimību ģenētisko pamatu, bet arī izsekot mūsu sugu evolūcijai no primātu priekštečiem.
Ja kādam ir divas ar slimību saistītas mutācijas vienā gēnā, ar pašreizējām genoma sekvencēšanas metodēm ir grūti noteikt, vai ir viena ģenētiska kļūda mātes kopijā un viena tēva kopijā vai arī abas variācijas atrodas vienā gēna kopijā. . Pirmajā gadījumā cilvēkam ir divi bojāti gēni, kas, visticamāk, radīs veselības problēmas. Pēdējā gadījumā personai ir viena laba gēna kopija un viena slikta kopija. Daudzos gadījumos labā kopija var kompensēt bojāto.
Šūnu dalīšanās: Specializēta mikrofluidikas ierīce vispirms izolē vienu šūnu (pa kreisi). Ķīmiskās vielas sagremo šūnu membrānu, atbrīvojot hromosomas (vidū), un atsevišķas hromosomas tiek uztvertas (pa labi) kamerā, kur tās tiek pastiprinātas un analizētas.
Haplotipēšana arī ļauj noteikt cilvēka cilvēka leikocītu antigēna (HLA) tipu no imūngēniem, kuriem ir jābūt cieši saskaņotiem starp donoru un saņēmēju kaulu smadzeņu vai orgānu transplantācijas gadījumā. Tā ir viena no polimorfākajām [mainīgajām] cilvēka genoma daļām, saka Kveiks. Pašreizējās metodes HLA tipa noteikšanai ģenerē variāciju sarakstu, bet nesniedz informāciju par to, kura no tām atrodas kurā hromosomā. Ja nesekosit tam līdzi, iespējams, nevarēsit iegūt perfektu atbilstību, saka Kveiks. Mēs parādījām, ka varat izmērīt [haplotipu] un iegūt informāciju, ko principā var izmantot, lai labāk saskaņotu kaulu smadzeņu transplantācijas.
Šo tehnoloģiju var izmantot arī augļa genomu sekvencēšanai no DNS, kas savākta no mātes asinīm, lai noteiktu ģenētiskās novirzes. (DNS augļa asinīs ir mātes un bērna sajaukums, tāpēc ir īpaši grūti izveidot visu genoma secību.)
Papildus medicīnai, pētnieki saka, ka haplotipa informācija palīdzēs veikt pētījumus populācijas ģenētikā, piemēram, novērtēt cilvēku paplašināšanās un migrācijas lielumu un laiku. Ja jums ir atsevišķas hromosomas, jūs varat uzņemt daudzveidību ar augstāku izšķirtspēju, saka Nikolass Šorks , Scripps pētniecības institūta ģenētiķis, kurš nebija iesaistīts nevienā no projektiem un rakstīja komentāru par pētījumu Dabas biotehnoloģija . Jūs zaudējat daudz informācijas, ja skatāties uz lietām genotipa līmenī salīdzinājumā ar haplotipa līmeni.
Pētnieki ir spējuši statistiski secināt Eiropas populāciju haplotipu, pateicoties tam, ka eiropieši pirms tūkstošiem gadu piedzīvoja ģenētisku sašaurinājumu. (Haplotipi ļoti pakāpeniski kļūst īsāki, jo hromosomu pāri saplīst un atkal savācas ar katru paaudzi. Eiropiešiem ir gari haplotipi, kas vēl nav sadalījušies, tāpēc tos ir vieglāk analizēt.) Taču statistikas metodes Āfrikas populācijām nav iedarbojušās, un tas nozīmē, ka ģenētiskā informācija par šo grupu ir daudz retāka. Šī iemesla dēļ lielākā daļa līdz šim veikto genoma mēroga asociācijas pētījumu ir vērsti uz Eiropas populācijām.
Abas pieejas palielina genoma sekvencēšanas izmaksas, tāpēc nav skaidrs, cik ātri tās pieķersies, saka Šorks. Viņš saka, ka Shendura pieeja ir tāda, ko cilvēki, visticamāk, tagad varētu ieviest laboratorijās. Quake pieeja ģenerē daudz pilnīgākus datus — haplotipu, kas ir visas hromosomas garumā —, taču tā ir tehniski sarežģītāka, jo ir nepieciešamas specializētas mikroshēmas, lai analizētu atsevišķas šūnas. Vienu šūnu sekvencēšana un spēja atdalīt hromosomas traukā ir sarežģīta, saka Schork. Ja kāds neizveidos pieejamu testu, tas netiks izmantots regulāri. Quake saka, ka mikroshēmas, ko izmanto viņa laboratorija un tuvākie līdzstrādnieki, pašlaik tiek ražotas akadēmiskajā lietuvē Stenfordā. Viņš saka: Varbūt kādā brīdī būs komerciāls risinājums.