Учёные прочитали самый сложный ген с помощью портативного секвенатора

Исследователи из Университета Коннектикута (UConn) секвенировали РНК самого сложного из известных в природе генов, используя портативный секвенатор размером не больше мобильного телефона.

Если ДНК — это чертёж жизни, то РНК — подрядчик, который его интерпретирует. Секвенирование РНК показывает, что на самом деле происходит внутри клетки.

Геномики Брентон Грейвли из Института системной геномики UConn, постдок Мохан Болисетти и аспирант Гопинат Раджадинакаран совместно с британской компанией Oxford Nanopore Technologies показали, что их секвенатор MinION на основе нанопор может секвенировать гены быстрее, лучше и с гораздо меньшими затратами, чем стандартная технология. Результаты опубликованы 30 сентября в журнале Genome Biology.

Если представить геном как библиотеку, а каждый ген — как книгу, то некоторые гены были бы простыми для чтения, а другие — больше похожими на книгу в жанре «Выбери себе приключение». Для таких сложных генов определить, какая именно версия экспрессируется в организме, было невозможно.

Решение состояло из двух частей. Первая — найти лучшую технологию секвенирования. Старая технология требовала создания множества копий гена, их измельчения на мелкие фрагменты, прочтения каждого фрагмента и последующей сборки исходной последовательности путём сравнения. Этот метод не работает для сложных генов, потому что при копировании через РНК каждая копия может немного или сильно отличаться. Такие разные версии одного гена называются изоформами. После измельчения и секвенирования разных изоформ становится невозможно точно собрать исходные версии гена.

Вторая часть решения — использовать новую технологию. В прошлом году Oxford Nanopore предоставила лаборатории Грейвли свой новый нанопоровый секвенатор MinION. Он работает, пропуская одну цепь ДНК через крошечную пору. Пора может удерживать только 5 оснований ДНК («букв»: G, A, T, C) за раз. Каждая комбинация из 5 оснований создаёт уникальный электрический сигнал, что позволяет считывать последовательность ДНК.

Исследователи решили проверить технологию на самом сложном известном гене — Down Syndrome cell adhesion molecule 1 (Dscam1), который контролирует «проводку» мозга у плодовых мушек. Ген Dscam1 потенциально может производить 38 016 возможных изоформ. Его структура: X-12-X-48-X-33-X-2-X, где X — постоянные участки, а числа — переменные участки (число указывает количество возможных вариантов для этого участка).

Чтобы изучить, сколько разных изоформ Dscam1 существует в мозгу мухи, исследователи:

1. Извлекли РНК из мозга плодовой мушки.
2. Преобразовали РНК в ДНК.
3. Изолировали ДНК-копии РНК гена Dscam1.
4. Пропустили их через нанопоры MinION.

Это был первый опыт использования MinION для секвенирования копий РНК. В одном эксперименте они обнаружили, что экспрессируются 7 899 из 38 016 возможных изоформ Dscam1, и предположили, что, вероятно, экспрессируются многие другие, если не все.

«Многие говорили: "MinION никогда не заработает". Но мы показали, что он работает на самом сложном из известных генов», — говорит Брентон Грейвли.

Исследование демонстрирует, что технология секвенирования генов теперь доступна гораздо более широкому кругу учёных, поскольку MinION относительно недорогой, высокопортативный и требует минимум лабораторного пространства.

Следующим шагом исследователи планируют секвенировать всю РНК от начала до конца в отдельной клетке — задача, невыполнимая для традиционных секвенаторов.

«У этой технологии потрясающий потенциал изменить то, как мы изучаем биологию РНК и какую информацию можем получать. Плюс тот факт, что MinION — это портативный секвенатор, который подключается к ноутбуку, просто невероятно крут!» — заключает Грейвли.