Для обнаружения функции гена требуется клонирование последовательности ДНК и ее экспрессия. До сих пор это выполнялось по одному гену за раз, что вызывало узкое место. Ученые из Университета Рутгерса в Нью-Брансуике в сотрудничестве с Университетом Джона Хопкинса и Гарвардской медицинской школой изобрели технологию одновременного клонирования тысяч генов и создания массивных библиотек белков из образцов ДНК, что потенциально открывает новую эру функциональной геномики.
"Мы думаем, что быстрое, доступное и высокопроизводительное клонирование белков и других генетических элементов значительно ускорит биологические исследования по обнаружению функций молекул, кодируемых геномами, и будет соответствовать темпам, с которыми поступают новые данные о секвенировании генома. ", - сказал Биджу Пареккадан, доцент кафедры биомедицинской инженерии Университета Рутгерса в Нью-Брансуике.
В исследовании, опубликованном сегодня в Интернете в журнале Nature Biomedical Engineering, исследователи показали, что их технология - зонды LASSO (одноцепочечные олигонуклеотиды с длинным адаптером) - может захватывать и клонировать тысячи длинных фрагментов ДНК одновременно.
В качестве доказательства концепции исследователи клонировали более 3000 фрагментов ДНК бактерии E. coli, обычно используемой в качестве модельного организма с доступной каталогизированной последовательностью генома.
«Мы захватили около 95 процентов генов-мишеней, которые мы намеревались захватить, многие из которых имели очень большую длину ДНК, что было непросто в прошлом», - сказал Пареккадан. «Я думаю, что со временем, безусловно, будет больше улучшений».
Теперь они могут взять последовательность генома (или несколько из них) и создать библиотеку белков для скрининга с беспрецедентной скоростью, экономичностью и точностью, что позволяет быстро обнаруживать потенциально полезные биомолекулы из генома.
Проводя свои исследования, они случайно решили давнюю проблему в области секвенирования генома. Когда дело доходит до генетического секвенирования отдельных геномов, на сегодняшний день золотым стандартом является секвенирование небольших фрагментов ДНК один за другим и их наложение для получения полного кода генома. Но короткие чтения могут быть трудно интерпретировать во время процесса наложения, и не было способа секвенировать длинные фрагменты ДНК целенаправленным и более эффективным способом. Зонды LASSO могут делать именно это, захватывая ДНК-мишени длиной более 1000 пар оснований, тогда как текущий формат захватывает около 100 пар оснований.
Команда также сообщила о захвате и клонировании первой белковой библиотеки или набора белков из образца микробиома человека. По словам Пареккадана, пролить свет на микробиом человека на молекулярном уровне - это первый шаг к совершенствованию усилий в области точной медицины, которые влияют на микробные сообщества, колонизирующие наш кишечник, кожу и легкие. Точная медицина требует глубокого и функционального понимания на молекулярном уровне движущих сил здоровой и болезнетворной микробиоты.
Сегодня фармацевтическая промышленность просматривает синтетические химические библиотеки из тысяч молекул, чтобы найти ту, которая может иметь лечебный эффект, сказал Пареккадан, который поступил в Школу инженерии Рутгерса в январе.
«Наше видение состоит в том, чтобы применить тот же подход, но быстро отфильтровать несинтетические, биологические или «природные» молекулы, клонированные из человеческого или другого генома, включая геномы растений, животных и микробов», - сказал он. «Это может превратить открытие фармацевтических препаратов в открытие биофармацевтических препаратов с гораздо большими усилиями».
Следующий этап, который находится в стадии реализации, заключается в улучшении процесса клонирования, создании библиотек и открытии терапевтических белков, обнаруженных в наших геномах, сказал Пареккадан.