Enkelmolekylsekvensering får en avgörande fix

En beräkningsfix för DNA-sekvenseringsteknologier med en enda molekyl kan få den senaste skörden av genläsare till mer utbredd användning.

Nya DNA-sekvenseringsteknologier som de som erbjuds av Oxford Nanopore och Pacific Biosciences kan direkt läsa av en enskild DNA-molekyl och kan ge en tydligare bild av ett genoms organisation och dess genetiska innehåll. Men tekniken lider av en hög felfrekvens. Det vill säga, alltför ofta ser den fel nukleotid - en A, T, G eller C - i en DNA-sträng.

I en ny Naturens bioteknik forskare visar hur man avsevärt kan förbättra sekvensering av en enda molekyl genom att använda metoden för att förbättra resultaten från Pacific Biosciences ’ teknik. Tekniken kan vara brett applicerbar på annan sekvensering av en molekyl, såsom Oxford Nanopores tillvägagångssätt.

De flesta DNA-sekvenserare, inklusive de som driver den medicinska genomforskningens boom, läser genetisk information från en komplicerad ensemble av många bitar av DNA. De kräver att ett genom kopieras många gånger om och kapas till små DNA-strängar, som sedan läses av sekvenseraren och sätts ihop igen, vanligtvis med hjälp av en befintlig genomsekvens för jämförelse.

Men den nya generationen läsare kan undersöka längre DNA-strängar, vilket ger mer information om genens arvsmönster och den övergripande genomstrukturen. De längre bitarna av DNA gör det också lättare för forskare att sätta ihop ett genom när det inte finns en standard att referera till. Även om det är dyrare för stora, komplexa genom, kan det vara ett bättre sätt att härleda referensgenom från olika mindre studerade arter, inklusive några viktiga grödor. Och även om den inte är där än, kan sådan enmolekylsekvensering så småningom också bli bättre för att sekvensera unika genom som cancer, som har många mutationer.

Enkelmolekylanalys i allmänhet har funnits i åratal, men dess felfrekvens var så hög - ungefär 15 procent - att den inte ansågs vara en pålitlig sekvenseringsmetod. I den nya artikeln kom forskare vid Cold Spring Harbor Laboratory i New York på hur man dramatiskt kan minska denna felfrekvens. Tidningens författare, Michael skatt , en biträdande professor vid Cold Spring Harbor, använde i huvudsak mer konventionell teknik från San Diego-baserad Belysa för att hjälpa till att rätta till misstagen i enkelmolekylmetoden. Resultatet är betydligt bättre än att bara använda Pacific Biosciences teknologi, säger han. Uppgifterna är i princip perfekta.

Hans matematiska justeringar, publicerade som öppen källkod för andra forskare, kommer sannolikt att ha en stor inverkan på Pacific Biosciences kommersiella lönsamhet, säger Schatz och tillägger att han inte har några ekonomiska intressen i företaget. PacBio har kämpat på senaste tiden. Det rådde osäkerhet om tekniken skulle slå ut, säger han. Nu när vi har en datoriserad lösning som nästan är helt automatiserad, tror jag att det kommer att möjliggöra en mer utbredd användning av tekniken.

Sådan analys av en enda molekyl kommer dock inte att ersätta mer konventionell teknologi när som helst snart, eftersom den inte är lika kostnadseffektiv för stora komplexa genom, som människors, enligt David Jaffe och Chad Nusbaum, genomikexperter vid Broad Institute i Cambridge, Massachusetts. Men det kan vara användbart för att lösa specifika problem. Det är klart att du får lite nytta här. Det måste balanseras mot kostnaden, säger Nusbaum.

Om PacBio-teknologi så småningom kan användas för att sekvensera växtgenom som majs, skulle det dock vara en enorm prestation, säger Nusbaum. I åratal har folk sagt att majsgenomet är omöjligt. Om detta kan ge dig bättre uttryckta gensekvenser, så är det oerhört viktigt för jordbruket, säger han - både för utveckling av mat och biobränsle.

Dölj