Сотрудники кафедры физической химии и кафедры химии природных соединений химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова 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, который позволяет решать разнообразные задачи по определению генома. Например, с помощью данного метода исследуют болезни, чтобы определить произошедшие мутации в ДНК. Способ также помогает отслеживать генетические изменения в бактериях, вызывающие устойчивость к антибиотикам. Нанопоровое секвенирование – это новый активно развивающийся метод на рынке биотехнологий. В отличие от ставшего уже стандартным секвенирования, с помощью нанопорового метода можно прочитать длинные цепочки, которые содержат тысячи нуклеотидных оснований.
«Поскольку для нас этот метод тоже был новым, мы хотели систематически изучить его реальные возможности, – рассказала соавтор исследования, профессор кафедры физической химии химфака МГУ 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, куда 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 различный, 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.
Фото: Юлия Чернова / пресс-служба химического факультета МГУ
Информация и фото предоставлены пресс-службой МГУ
