23 November 2022, 20:00

Химики дали рекомендации по применению нанопорового секвенирования

Сотрудники кафедры физической химии и кафедры химии природных соединений химического факультета МГУ изучили возможности нанопорового секвенирования — нового метода определения нуклеотидных последовательностей. Метод быстро развивается и в ряде случаев вполне может заменить обычное секвенирование. Авторы выяснили, какими должны быть параметры изучаемого образца и какие программы можно использовать для получения достоверных результатов.

Секвенирование — это способ установить последовательность нуклеотидов, который позволяет решать разнообразные задачи по определению генома. Например, с помощью данного метода выявляют мутации в ДНК, которые могут привести к тяжелых болезням. Способ также помогает отслеживать генетические изменения в бактериях, вызывающие устойчивость к антибиотикам.

Нанопоровое секвенирование — это новый активно развивающийся метод на рынке биотехнологий. В отличие от ставшего уже стандартным секвенирования, с помощью нанопорового метода можно прочитать длинные цепочки, которые содержат тысячи нуклеотидных оснований.

«Поскольку для нас этот метод тоже был новым, мы хотели систематически изучить его реальные возможности, — рассказала соавтор исследования, профессор кафедры физической химии химфака МГУ Мария Хренова. — Особенно нас интересовала сборка генома без референсной последовательности. Когда есть геном сравнения, то все просто — результаты секвенирования накладываются на него, можно сравнить их и заметить, где в геноме произошли изменения. Для этого достаточно меньшего набора данных и меньше требования к качеству образца. Когда образца сравнения нет, мы имеем только набор прочитанных с разной степенью достоверности нуклеотидов. Похожие последовательности накладываются, и при их частичном совпадении в разных цепочках можно сделать вывод о составе последовательности в целом. Прочитанные участки должны быть достаточно большими для достоверного определения — здесь и проявляют себя достоинства нанопорового секвенирования».

Внутри прибора для нанопорового секвенирования находится мембрана, куда вставлены белки. Они формируют поры, через которые движутся ионы и секвенируемая молекула при приложении напряжения. Когда через пору проходит цепочка, то каждый нуклеотид частично перекрывает пору, что влияет на движение ионов, а значит, и на величину тока. Поскольку объем у каждого нуклеотида различный, то и ток будет меняться по-разному. Изучая это изменение, можно понять, какие нуклеотиды прошли через пору и таким способом восстановить их последовательность в цепочке.

«Такой прибор стоит гораздо дешевле аналогов и более доступен, — пояснила Мария Хренова. — Проблема в том, что зачастую прочтение характеризуется достаточно большим количеством ошибок. Это могут быть несколько единиц и даже десятков процентов».

Для системного изучения возможностей нанопорового секвенирования авторы выяснили, как должен быть устроен образец для сборки генома, какими должны быть длины цепочек и количество прочитанных оснований. Авторы изучали реальные образцы, генерировали разные наборы данных и сравнивали несколько программ для их анализа.

«В результате мы выработали рекомендации, которым точно можно верить, — рассказала Мария Хренова. — Это очень важно для всех дальнейших исследований. Оказалось, у метода достаточно много возможностей, он является в высокой степени универсальным».

News article publications

Read also

Раскрыты особенности структурной и регуляторной эволюции генов человека
Ученые Сеченовского Университета и МФТИ впервые в мире сравнили скорость регуляторной и структурной эволюции отдельных генов, а также целых молекулярных путей, в которые вовлечены продукты многих генов. Исследование открыло ранее неизвестные особенности молекулярной эволюции генов человека, что впоследствии послужит основной для новых разработок, в том числе в поиске путей лечения различных заболеваний.
Evolution
Evolutionary biology
Genetics
Molecular Biology
7 February 2024
Усовершенствованные плазмиды облегчат получение терапевтически значимых белков
Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН усовершенствовали конструкцию генетического вектора, с помощью которого в клетках млекопитающих можно синтезировать белки, используемые для лечения различных заболеваний, например гемофилии и бесплодия. Авторы уменьшили размер генетической конструкции на одну треть таким образом, что уровень биосинтеза модельного белка увеличился на 20%, сохранив а способность векторной плазмиды поддерживать постоянный уровень биосинтеза белков в течение 60 дней практически не изменилась.
Cell Biology
Genetics
Molecular Biology
26 November 2023
Разработан способ редактировать гены некодирующих РНК
Ученые нашли способ редактирования генов некодирующих РНК с помощью системы CRISPR/Cas9. Некодирующие РНК регулируют работу генов, участвуют в передаче сигналов внутри и между соседними клетками, а также вовлечены в развитие наследственных, инфекционных (ВИЧ, гепатиты В, С), иммунологических и опухолевых заболеваний. Полученные данные помогут разобраться в механизмах этих болезней, а также предложить новые подходы к их лечению.
Cell Biology
Genetics
Molecular Biology
27 September 2023
Нестандартные теломеры насекомых помогут понять механизмы старения
Биологи выявили, что у насекомых теломеры, находящиеся на концах хромосом и защищающие их от разрушения, — крайне разнообразны в отличие от большинства других групп живых организмов. Обычно основу теломер составляют простые повторяющиеся кусочки ДНК, так называемые мотивы, каждый длиной в 5-7 нуклеотидов — «кирпичиков» теломер. Ученые обнаружили, что теломерные мотивы пчел, ос и наездников могут иметь от 1 до 11 нуклеотидов, а у мух нуклеотидов в 10-30 раз больше. Учитывая, что изменения, которые происходят с теломерами в течение жизни, часто связывают со старением, новые данные позволят лучше понять механизмы этого процесса.
Genetics
Molecular Biology
Zoology of invertebrates
7 September 2023
Биотехнологи обнаружили ранее неизвестные повторы в геноме бактерий
Эти повторы представляют собой определенный код, который наложен на существующий из аминокислот. Используя его, ученые надеются эффективнее управлять продуктивностью полезных микроорганизмов
Bioinformatics
Genetics
Microbiology
New techniques
17 July 2023
«Сладкие» белки помогают чесноку защититься от грибной инфекции
Эти молекулы участвуют в развитии растений и их адаптации к стрессу, а теперь исследователи обнаружили, что некоторые из последовательностей, их кодирующих, активируются в растениях чеснока при грибных инфекциях
Genetics
Molecular Biology
Plant physiology
24 May 2023