Впервые ученые прочитали весь генетический код одного крошечного комара. Традиционно было трудно извлечь достаточное количество ДНК из насекомых и других мелких организмов, чтобы построить высококачественный геном для одного человека. Ученые из Wellcome Sanger Institute и Pacific Biosciences работали в партнерстве над совершенствованием технологий и снижением начального количества ДНК, необходимого до «половины ценности комара», создавая первый высококачественный полный геном одного комара.
Результаты, представленные в Genes, открывают двери для понимания истинного генетического разнообразия насекомых и других членистоногих, которые составляют самую разнообразную группу животных на древе жизни.
В 2018 году сотрудничающие организации по всему миру официально запустили проект Earth BioGenome Project, глобальную миссию по секвенированию всех 1,5 миллиона известных видов животных, растений, простейших и грибов на Земле. Проект Earth BioGenome в конечном итоге создаст новую основу для биологии, которая будет способствовать поиску решений для сохранения биоразнообразия и поддержания человеческого общества.
При изучении биологии вида геном одного человека можно использовать в качестве эталона для изучения генетических различий, объясняющих различную восприимчивость к болезням, приспособленность и адаптацию у других представителей того же вида.
Однако гораздо проще извлечь ДНК и секвенировать геном одних видов, чем других. В частности, было невозможно собрать геном отдельных мелких организмов, таких как насекомые, с использованием современной технологии секвенирования. Это оставляет генетические коды отдельных насекомых и других видов подобного размера недоступными.
До сих пор ученым приходилось объединять ДНК нескольких особей одного и того же вида или скрещивать их для получения генетически связанных особей, чтобы собрать достаточное количество ДНК для построения генома. Это создает проблемы при повторном объединении генетической последовательности после того, как она была секвенирована, поскольку может быть трудно узнать, какой генетический фрагмент произошел от какого человека, в результате чего последовательности генома полны пробелов и ошибок.
В новом исследовании исследователи Института Сенгера работали с учеными из Pacific Biosciences (PacBio), поставщика технологии секвенирования, чтобы создать первый высококачественный геном одного насекомого с использованием новой технологии, которая уменьшает количество необходимой исходной ДНК.
Доктор Мара Лоуничак, соавтор из Института Wellcome Sanger, сказала: «Этот прогресс в технологии секвенирования жизненно важен для расшифровки геномов огромного количества видов на древе жизни, что дает нам больше возможностей для полностью понять генетическое разнообразие даже самых крошечных видов."
Ученые Sanger извлекли ДНК из одного комара Anopheles coluzzii и отправили ее в PacBio в США.
Чтобы уменьшить количество исходной ДНК, необходимой для секвенирования генома, команда PacBio изменила химию подготовки к секвенированию генома. Они убрали два шага из процесса, приводящего к потере ДНК: стрижку - разрезание фрагментов ДНК до определенных диапазонов размеров и отбор по размеру - удаление нежелательных маленьких фрагментов.
Команде удалось сгенерировать высококачественный геном всего из 100 нанограммов ДНК (примерно половина веса комара), что более чем на порядок меньше, чем ранее требовавшиеся 5 микрограммов ДНК.
Полученный геном быстро собирался, был полным и точным. В результате полной геномной картины почти половина ранее не размещенных фрагментов ДНК для этого вида комаров теперь может быть помещена в правильный хромосомный контекст.
Д-р Йонас Корлах, главный научный сотрудник Pacific Biosciences и соавтор исследования, сказал: «Это была настоящая командная работа, и мы получили огромное удовольствие от сотрудничества в разработке этого протокола. пример значительного прогресса, который мы можем принести научному сообществу, когда академия и промышленность работают вместе».
Это достижение может иметь положительный потенциал и для людей, например, в будущем можно будет собрать весь генетический код рака пациента из одной биопсии.
Д-р Питер Кэмпбелл из Института Wellcome Sanger, не участвовавший в исследовании, сказал: «Технология секвенирования также дает надежду на чтение всего генетического кода биопсии рака отдельного пациента. 100 нанограммов ДНК, собранных с помощью укола иглой может быть достаточно, чтобы дать подробное представление о генетике рака и сообщить о таргетной терапии для этого конкретного пациента."