Ученые обнаружили простой способ устранить практически любые ошибки при секвенировании, которые возникают с портативным ДНК-секвенатором. Потенциально это позволит ученым, которые работают за пределами лаборатории, проводить более эффективное изучение и отслеживание микроорганизмов, в том числе вируса SARS-CoV-2.
За счет использования специальных молекулярных меток, команда смогла снизить частоту ошибок. Речь идет об устройстве MinION производства Oxford Nanopore Technologies. Теперь вероятность ошибки составляет менее 0,005 процента, даже если выполняется секвенирование многих длинных участков ДНК за раз.
«MinION – это революционное изобретение в области геномики. Теперь секвенирование ДНК не обязательно проводить в лабораторных условиях», – рассказывает Райан Зилс, доцент кафедры гражданского строительства Университета Британской Колумбии и соавтор исследования, которое было опубликовано в журнале Nature Methods. «Однако до недавнего момента полностью полагаться на это устройство было невозможно из-за высокой частоты ошибок».
Последовательности генома дают много информации об организме, в том числе о личности, происхождении, сильных и слабых сторонах. Учеными данная информация используется для лучшего понимания бактерий, проживающих в конкретной среде, а также для разработки диагностических инструментов и лечебных методов. Однако отсутствие точных секвенаторов портативного типа может приводить к упущению информации при проведении исследований в полевых условиях или в небольших лабораториях.
Поэтому Зильс и его сотрудники из Ольборгского университета создали уникальную систему штрих-кодов, которая может сделать платформы для долгого считывания последовательности ДНК, такие как MinION, более чем в 1000 раз точнее. После маркировки целевых молекул этими штрих-кодами исследователи продолжают действовать как обычно – амплифицируют или делают несколько копий меченых молекул с помощью стандартной техники ПЦР и секвенируют полученную ДНК.
Затем исследователи могут использовать штрих-коды для простой идентификации и группировки соответствующих ДНК-фрагментов при секвенировании, что поможет создать почти идеальные последовательности из фрагментов, которые в 10 раз длиннее по сравнению с теми, что обрабатываются обычными технологиями. Использование более длинных участков ДНК позволяет обнаруживать даже небольшие генетические вариации и сборку геномов с высоким разрешением.
«Отличительной особенностью этого метода является его применимость к любому гену, подходящему для амплификации», – рассказывает Зилс. Его команда дополнительно создала код и протокол, обрабатывающий данные через репозитории с открытым исходным кодом. «Это означает, что он может быть очень полезен в любой области, где ценна комбинация высокоточной и долгосрочной геномной информации, например, в исследованиях рака, растений, генетике человека и микробиоме».
В настоящее время Зилс сотрудничает с Metro Vancouver для разработки расширенной версии метода, который позволяет обнаруживать микроорганизмы в воде и сточных водах в режиме реального времени. По словам Зилса, имея точную картину по микроорганизмам, присутствующим в водных системах, сообщества могут улучшить свои стратегии общественного здравоохранения и технологии лечения, а также лучше контролировать распространение вредных микроорганизмов, таких как SARS-CoV-2.