метод

длинное секвенирование

Секвенирование ДНК или РНК, которое считывает длинные непрерывные участки нуклеотидов, а не короткие фрагменты.
2 статьи

Описание

Длинное чтение — это набор методов секвенирования ДНК и РНК, которые считывают гораздо более длинные непрерывные участки нуклеотидов, чем технологии коротких чтений, доминировавшие в этой области долгие годы. Короткое чтение может покрывать несколько сотен оснований; длинное чтение способно за один проход охватить от тысяч до десятков тысяч оснований. Это важно, потому что многие особенности генома просто слишком велики, чтобы их можно было восстановить из мелких фрагментов: длинные повторяющиеся последовательности, крупные структурные перестройки и полная последовательность гена от начала до конца.

При коротких чтениях геномы собирают, разбивая ДНК на фрагменты, считывая их и затем вычислительно сшивая перекрытия обратно. Когда геном содержит длинные повторы, сшивание становится неоднозначным и остаются пробелы. Длинные чтения проходят через эти повторы в пределах одного чтения, поэтому они служат опорой для сборки и позволяют разобраться в областях, которые прежде были неопределёнными. В РНК длинные чтения могут захватить целый транскрипт, показывая, какие экзоны соединены вместе, вместо того чтобы выводить структуру транскрипта из фрагментов.

Таким образом, длинное чтение объясняет и выявляет то, что короткие чтения часто пропускают: полноразмерные изоформы генов, крупные вставки или делеции и архитектуру сложных областей, таких как центромеры. Оно дополняет данные коротких чтений, а не заменяет их, поскольку короткие чтения остаются дешевле и высокоточны для многих рутинных задач.

История

Длинное чтение стало практичным в 2010-х годах с коммерческим внедрением секвенирования отдельных молекул в реальном времени компанией Pacific Biosciences в 2011 году и нанопорового секвенирования компанией Oxford Nanopore Technologies в 2014 году. Эти платформы позволили считывать индивидуальные молекулы ДНК, не разбивая их на короткие фрагменты.

Как это работает

Основные платформы длинного чтения считывают ДНК напрямую по мере её синтеза или прохождения через крошечную пору. В одном подходе единичная молекула ДНК копируется полимеразой, и присоединение каждого нуклеотида регистрируется в реальном времени по световому или электрическому сигналу, который оно создаёт. В другом нить ДНК протягивается через белковую пору, и изменение электрического тока при прохождении каждого основания позволяет идентифицировать нуклеотид. Поскольку сигнал считывается с одной неповреждённой молекулы, длина чтения ограничена в основном тем, как долго молекулу удаётся удерживать в детекторе, а не фрагментацией. Исходные чтения имеют более высокий уровень ошибок, чем короткие, поэтому их обычно корректируют или используют во множестве перекрывающихся проходов для получения точной консенсусной последовательности.

Где применяется

Применяется для завершения референсных геномов, обнаружения крупных структурных вариантов в клинической генетике и считывания полноразмерных транскриптов РНК в исследованиях транскриптома.

Любопытный факт

Первая полная, без пробелов последовательность генома человека, объявленная в 2022 году, в значительной степени опиралась на длинные чтения, чтобы покрыть области, которые короткие чтения не могли собрать.

Статьи по теме · 2

Карта стареющей сетчатки: как новая сборка генома киллифиш открывает скрытые гены
Рыба, которая стареет за полгода, стала точной картой для изучения зрения. Африканская киллифиш живёт всего 4–6 месяцев, и её сетчатка проходит тот же путь, что человеческая за десятилетия: накапливаются повреждения ДНК, падает острота зрения.
SALRR: конвейер, который читает генетическую книгу мозга целиком
В типографии, где печатают книги, раньше каждую страницу набирали вручную. Одна ошибка — и весь тираж под угрозой. Так же выглядела до недавнего времени расшифровка РНК мозга: каждый образец требовал часов ручной работы, а короткие прочтения, как обрывки страниц, не позволяли собрать полный текст гена. Теперь появился конвейер, который читает каждую страницу целиком.