單分子實時測序示意圖。圖片來源：《自然·遺傳學(xué)》
科技日報記者?張夢然
美國格拉德斯通研究所團(tuán)隊開發(fā)了兩種新的單分子分析工具，可將所需的DNA量減少90%至95%。該研究成果發(fā)表在最新一期《自然·遺傳學(xué)》雜志上，展示了這些工具如何幫助科學(xué)家解決他們以前無法回答的生物學(xué)問題。
單分子分析的黃金標(biāo)準(zhǔn)方法通常需要至少150000個人類細(xì)胞，其中包含數(shù)百萬個單個DNA分子。這意味著研究人員在只有幾千個細(xì)胞可用時，根本無法應(yīng)用這些工具，例如在許多腫瘤活檢中。
團(tuán)隊此次開發(fā)的新工具被稱為“單分子實時標(biāo)記測序”（簡稱SMRT-Tag），它可同時繪制長DNA片段中的堿基序列，以及DNA長度上稱為甲基的化學(xué)結(jié)構(gòu)位置。甲基在基因表達(dá)中起著關(guān)鍵作用，人們想要了解疾病，就需要了解它們在DNA上的配置方式。
團(tuán)隊采用了全新“標(biāo)記”方法，即利用細(xì)菌蛋白Tn5將DNA分子切割成更易于處理的片段，并用進(jìn)一步分析所需的化學(xué)成分對其進(jìn)行“標(biāo)記”。研究面臨的挑戰(zhàn)是要讓“標(biāo)記”能恰到好處地將少量DNA分解成約3000到5000個堿基對的長片段。他們用發(fā)夾狀結(jié)構(gòu)“標(biāo)記”每個片段的末端，形成便于測序儀讀取的長DNA環(huán)。
研究證明，SMRT-Tag方法的性能與此前方法一樣好，但使用的DNA量要少得多，相當(dāng)于在10000個細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的DNA量。
接下來，團(tuán)隊將SMRT-Tag與他們之前開發(fā)的名為SAMOSA方法結(jié)合起來。SAMOSA可揭示基因表達(dá)機(jī)制如何輕松訪問不同DNA片段。為了證明全新的“SAMOSA-Tag”工具的能力，他們將其應(yīng)用于前列腺癌細(xì)胞（一些來自患者的初始腫瘤，一些來自已擴(kuò)散到身體不同位置的腫瘤），這些細(xì)胞已被移植并在小鼠體內(nèi)生長。該方法成功揭示了染色質(zhì)可及性差異，這暗示了癌癥轉(zhuǎn)移的可能關(guān)鍵驅(qū)動因素。
總編輯圈點
近年來，科學(xué)家借助能以單分子分辨率研究人體DNA的技術(shù)，極大地增進(jìn)了對人類基因組、微生物組和疾病遺傳基礎(chǔ)的了解。通過如此詳細(xì)的DNA視圖，人們可看到早期測序技術(shù)無法檢測到的遺傳變異和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，也可以對此前“無法下手”的少量樣本深入分析。這一升級到新水平的老技術(shù)，正在成為人類治療疾病、改善健康的利器。
