|
Научные достижения химического факультета
Химики МГУ выяснили реальные возможности
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. Работа опубликована в
издании International Journal of Molecular Sciences.
Секвенирование – это способ
установить последовательность нуклеотидов в молекуле, позволяющий решать
разнообразные задачи по определению генома. Например, с его помощью исследуют
болезни, определяя произошедшие мутации в ДНК. Также отслеживают генетические
изменения в бактериях, вызывающие устойчивость к антибиотикам. Нанопоровое
секвенирование – это новый метод, активно развивающийся на рынке биотехнологий.
В отличие от ставшего уже стандартным секвенирования, с помощью нанопорового
метода можно прочитать длинные цепочки, содержащие тысячи нуклеотидных
оснований.
"Поскольку для нас этот метод
тоже был новым, мы хотели систематически изучить его реальные возможности, --
рассказала соавтор исследования, профессор, д.ф.-м.н. 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, в которую 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 разный, 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".
Исследование выполнено в рамках проекта "Анализ
микробиомов растений и беспозвоночных животных экстремальных мест обитания с
целью разработки штаммов-продуцентов новых метаболитов и ферментов",
поддержанного Министерством науки и высшего образования Российской Федерации в
рамках гранта № 075-15-2021-1396
Текст: Алина
Сагитова/пресс-служба химического факультета МГУ
Фото: Юлия Чернова/пресс-служба
химического факультета МГУ
Ссылка на статью:
Maria G. Khrenova, Tatiana V. Panova, Vladimir A. Rodin, Maxim A. Kryakvin, Dmitrii A. Lukyanov, Ilya A. Osterman, Maria I. Zvereva
Nanopore Sequencing for De Novo Bacterial Genome Assembly and Search for Single-Nucleotide Polymorphism
Int. J. Mol. Sci. 2022, 23(15), 8569
https://doi.org/10.3390/ijms23158569
| 
