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Nature:!納米孔測序讓流感病毒終于“無所遁形”

閱讀:1363      發(fā)布時間:2018-4-24
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導讀

以前,所有流感基因組(以及其他以RNA形式儲存其遺傳物質(zhì)的病毒基因組)都是通過將分子復制到DNA中來確定的。zui近,科學家們終于成功利用一種新的“納米孔”(nopore)測序技術通過一個微小的分子通道來讀取RNA鏈,獲得了天然病毒基因組。

The influenza virus is the first RNA virus to have been sequenced in its original state.Credit: Dr. Gopal Murti/Getty

4月12日,這項研究的、美國疾病控制和預防中心(CDC)的微生物學家John Barnes在給bioRxiv服務器(生命科學領域?qū)S械念A印本文獻庫)的預印本(a preprint posted)中介紹了這項工作,他說:“我們*次可以真正開始觀察基因組在其原始狀態(tài)的本質(zhì),這確實開始開辟了很多可能性。”

變革前的“RNA測序”

RNA的化學性質(zhì)類似于它的”近親”——DNA。在細胞生物中,它充當DNA編碼基因和蛋白質(zhì)之間的中介,并在細胞中執(zhí)行其他任務。但許多病毒(包括脊髓灰質(zhì)炎病毒、埃博拉病毒以及普通感冒病毒)將其遺傳信息存儲為RNA,而非DNA。

據(jù)Barnes介紹,幾乎所有的“RNA測序”都使用一種叫做逆轉(zhuǎn)錄酶的病毒酶,它通過將RNA復制到“序列友好”(sequencer-friendly)的DNA鏈中完成測序,而這種傳統(tǒng)的“RNA測序”技術自20世紀70年代被發(fā)明以來就未改變過,這一技術缺陷也導致沒有人對上述病毒的RNA基因組進行直接測序。

微小但強大

現(xiàn)如今,納米孔提供了一種更簡單的方法來測序?qū)嶋H的RNA分子,如病毒基因組。這項技術基于在納米尺度的分子孔中施加電流,然后根據(jù)遺傳物質(zhì)來測量電流的波動。

今年1月,英國牛津納米技術公司(Oxford Nanopore Technologies)的研究人員使用一種名為MinION的巧克力棒大?。╝ chocolate-bar-sized)的設備,直接對RNA進行測序。這項研究著眼于信使RNA(一個傳遞來自DNA的信息以構(gòu)建蛋白質(zhì)的RNA分子家族)的轉(zhuǎn)錄物。

Barnes的團隊將這種方法應用于甲型流感的基因組,該基因組大約有13,500個RNA字母長,由8個片段組成。值得一提的是,Barnes指出其團隊的方法還沒有準備好,這項工作需要大量的流感病毒,為了消除不可避免的測序錯誤,原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過多次處理。但是基于納米孔技術的迅速發(fā)展,Barnes希望隨著進一步的改進,能將常規(guī)流感和其他RNA病毒的直接測序變成常規(guī)。

技術瓶頸

在Barnes和其他科學家的愿望清單中,zui重要的是鑒定RNA化學修飾的方法。到目前為止,研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了100多種,但他們幾乎不知道其中的大部分在做什么,而這很大程度上是因為不可能對它們進行一個系統(tǒng)的研究。

杜克大學的病毒學家Bryan Cullen說:“對RNA被修飾的堿基進行測序?qū)⑹?lsquo;一件大事’(a big deal)”。他的團隊去年曾發(fā)現(xiàn)一種叫做m6A的標簽似乎能在小鼠感染期間改變流感基因的表達,從而促進病毒復制。“但目前檢測這些修飾的方法既費時又昂貴。”他補充道。

盡管這些方法還不完善,但生物學家仍然對很快就能以天然形式對整個病毒基因組和其他RNA分子進行測序的可能性感到興奮。“突然間,我們就有了這樣的技術,真是太神奇了。” Bryan總結(jié)道。

責編:艾曼

參考資料:

Flu virus finally sequenced in its native form

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