利用時(shí)間序列數(shù)據(jù)高準(zhǔn)確率地繪制基因組圖譜

如果你已經(jīng)有了一種有機(jī)體的基因組序列圖譜，但想在圖譜中找到異常結(jié)構(gòu)，那么你可以通過(guò)在一些靶點(diǎn)中切斷DNA序列并檢測(cè)切割點(diǎn)之間的距離來(lái)檢查基因條碼。然而，原始基因圖譜在允許研究有系統(tǒng)誤差存在的情況下可通過(guò)新一代測(cè)序技術(shù)如PCR獲得（包括任何擴(kuò)增偏差）。為了補(bǔ)救這樣的情況，明尼蘇達(dá)大學(xué)和生物納米基因組學(xué)的研究人員研究通過(guò)使用動(dòng)態(tài)時(shí)間序列數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)量以納米通道為基礎(chǔ)的圖譜形式的概率分布。

“想象DNA骨架上的兩個(gè)標(biāo)簽是由DNA彈簧構(gòu)型熵模型連接在一起的。”Kevin Dorfman說(shuō)，他是明尼蘇達(dá)州大學(xué)科學(xué)與工程學(xué)教授。“如果這是一個(gè)彈簧振子……然后我們就期望看到其它彈簧長(zhǎng)度正負(fù)位移的概率相等。”

Dorfman和他的同事觀察到在標(biāo)簽中壓縮比擴(kuò)展要更多，并發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽中的大多數(shù)熱漲落是短暫的，這樣能夠幫助提高基因組繪圖的準(zhǔn)確性。

“這樣的改進(jìn)對(duì)復(fù)雜的樣本如癌癥、異質(zhì)細(xì)胞尤為重要，所以我們需要發(fā)現(xiàn)罕見(jiàn)事件的發(fā)生。”Dorfman說(shuō)。

研究人員使用傳統(tǒng)脈沖凝膠電泳方法遇到問(wèn)題，其中基因圖譜是由限制性內(nèi)切酶切割DNA序列組裝的圖譜，常規(guī)方法是把DNA片段分為合適的大小。然而用納米通道的方法在每條DNA鏈上進(jìn)行熒光標(biāo)記，這樣就都會(huì)保持有序。

研究者通過(guò)標(biāo)記的DNA開(kāi)始，從大腸桿菌的細(xì)胞中提取的基因組DNA，剔除單個(gè)核苷酸和不同目標(biāo)位置的核心區(qū)，并插入熒光核苷酸到這些區(qū)域。每一個(gè)DNA鏈通常約有300，000個(gè)堿基對(duì)，之后將其注入到45 納米寬的納米通道中。然后他們使用數(shù)碼相機(jī)拍攝出標(biāo)簽的位置。而在納米通道記錄中典型的DNA單分子研究中記錄了幾十個(gè)分子的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，研究者的方法涉及到成千上萬(wàn)的分子，每一種分子覆蓋了一系列標(biāo)簽，之后得出數(shù)以百萬(wàn)計(jì)兩個(gè)標(biāo)簽之間距離的測(cè)量值，這對(duì)確定概率分布是非常必要的。