Новый метод картирования генома: переход от "коммутируемого доступа" к "оптоволокну"

Исследователи из Гарвардского университета, Национального центра геномного анализа (CNAG) и Центра геномной регуляции (CRG) представили первую технологию, позволяющую визуализировать одновременно сотни и потенциально тысячи геномов под микроскопом. Метод OligoFISSEQ позволяет получать изображения генома дешевле и быстрее, а также значительно расширяет диапазон видимости по сравнению с доступными методами. Техника описана в журнале Nature Methods.

Проблема визуализации генома

Каждая человеческая клетка содержит два метра генома, упакованные в 10 микрон внутри клеточного ядра. Эта "инструкция жизни" складывается так, чтобы гены вступали в физический контакт с другими генами, которые могут находиться на значительном расстоянии вдоль хромосомы. Эта трёхмерная организация критически важна для функции клетки, но её сложность и постоянная динамичность делают визуализацию невероятно трудной. До сих пор одновременная визуализация более чем нескольких генов была невозможна.

Преодоление ограничений FISH

Одним из самых распространённых методов изучения генома является флуоресцентная гибридизация in situ (FISH), которая использует флуоресцентные зонды для маркировки определённых последовательностей ДНК. Разработанный в 1980-х годах, FISH — это стареющая технология, позволяющая визуализировать лишь несколько генов одновременно. Новые методы обеспечивают высокое разрешение, но могут картировать очень ограниченное число регионов или хромосом за раз.

Суть технологии OligoFISSEQ

OligoFISSEQ использует новые вычислительные методы для преодоления этих ограничений. С её помощью учёные создали трёхмерные карты 66 геномных мишеней на шести хромосомах в сотнях клеток, продемонстрировав потенциал технологии для визуализации всего генома с молекулярным разрешением.

"Мы объединили существующие технологии секвенирования таким образом, чтобы можно было видеть сотни генов, секвенируя их мишени под микроскопом. До OligoFISSEQ достижение такого количества генов одновременно было медленным и дорогим. Это как перейти от коммутируемого доступа к оптоволоконному интернету, заплатив при этом в 40 раз меньше", — говорит соавтор исследования Марк А. Марти-Реном.

Новые открытия и потенциал

Исследователи протестировали OligoFISSEQ, картировав все 46 регионов вдоль человеческой X-хромосомы. Высокое разрешение технологии выявило новые паттерны в организации генома, включая отсутствие корреляции между длиной плеча хромосомы и его углом. Учёные предполагают, что это может указывать на тип клетки, её состояние, здоровье или возраст.

"Разрешение, предлагаемое OligoFISSEQ, обладает огромным потенциалом, чтобы пролить новый свет на паттерны, которые мы раньше не могли видеть... Что ранее могло казаться случайным, может оказаться чем угодно, но только не случайностью. В этом сила этого инструмента", — заключает Марти-Реном.