Новый алгоритм секвенирования: 90% генов из одной клетки

Ученые из Института Дж. Крейга Вентера разработали новый метод секвенирования и анализа «темной материи» жизни - геномов тысяч видов бактерий, которые были ранее недоступны для генетического анализа. В эту группу входят микроорганизмы, производящие антибиотики, биотопливо, а также микробы, живущие в организме человека.

Открытие позволит исследователям собрать практически полный портрет ДНК всего из одной бактериальной клетки. Это выгодно отличает новую методику от традиционных методов секвенирования, которые требуют по меньшей мере миллиард идентичных клеток, выращенных в лабораторных культурах. Исследование открывает двери для секвенирования бактерий, которые невозможно культивировать, а это львиная доля бактерий, живущих на нашей планете.

Ученые разработали алгоритм, который значительно улучшает производительность программного обеспечения, используемого для отображения последовательности ДНК из одной бактериальной клетки. Новый алгоритм захватывает 90 % генов из одной клетки. Это, конечно не 100 %, но уже сравнимо с современными технологиями секвенирования, которые захватывают 95 % генов из миллиардов культивируемых клеток.

Бактерии играют важную роль в здоровье человека. Они составляют около 10% веса человеческого тела. Некоторые из них, например, кишечная палочка, могут нанести ущерб здоровью, а другие помогают нам переваривать пищу.

Для изучения ДНК этих микроорганизмов требуется вырастить культуру бактерий, однако большинство микробов (по некоторым оценкам до 99 %) невозможно вырастить в лаборатории, поскольку они живут в строго определенных условиях и средах, например, в симбиозе с другими бактериями или на коже животного.

Новая технология секвенирования позволяет решить эту проблему, копируя геном одной бактериальной клетки до миллиарда раз. Копирование ДНК представляет сложную задачу, поскольку некоторые гены необходимо копировать тысячу раз, а некоторые всего несколько. Современные алгоритмы не способны справиться с этими различиями и имеют тенденцию отбраковывать участки генома, скопированные несколько раз, хотя они и могут стать ключом к секвенированию генома. Новый алгоритм сохраняет эти части генома и использует их для более качественной расшифровки последовательности ДНК.

В ходе тестирования новой методики, ученые успешно расшифровали последовательность ДНК одной клетки кишечной палочки и восстановили 91% ее генов.

Новая технология позволит ответить на многие важные вопросы биологи, например, изучить природные антибиотики, которые производятся некоторыми бактериями. Также, впервые исследователи смогут выяснить, какие белки и пептиды бактерий, живущих в человеческом организме, используются микроорганизмами для связи друг с другом и хозяином.