Разработан новый эффективный метод сборки геномов

Институт Сборки Генома (Joint Genome Institute, JGI) при Министерстве Энергетики США – один из мировых лидеров в секвенировании геномов микроорганизмов, сосредоточивших свое внимание на применении технологии секвенирования в области биоэнергии и защиты окружающей среды. Кроме того, JGI также сфокусировал ресурсы на разработке методов более эффективной сборки и анализа последовательностей.

Несмотря на колоссальные преимущества секвенирования перед другими методами определения последовательности ДНК, заключающиеся прежде всего в более высокой производительности и низкой стоимости, процесс эффективной сборки геномов по-прежнему остается сложной задачей для специалистов. Существующие методики способны определять короткие фрагменты ДНК и с помощью компьютера собирать их в более длинные фрагменты. Однако процесс сборки целого генома, эквивалентный сборке многомиллионного пазла без известной итоговой картинки, остается проблемой для исследователей в связи с большим количеством фрагментов, которые необходимо собрать с помощью имеющихся методов.

В результате совместной работы ученые из Института Сборки Генома и их коллеги из компании Pacific Biosciences и Университета Вашингтона (University of Washington) (США) смогли улучшить технологический процесс по сборке генома, сделав его, по словам команды, «полностью автоматизированным процессом от выделения ДНК до определения полной последовательности генома».

Результаты работы опубликованы в журнале Nature Methods.

Методика, названная HGAP (Hierarchical Genome Assembly Process), использует платформу для одномолекулярного секвенирования в реальном времени компании Pacific Biosciences, способную «прочитывать» фрагменты ДНК длиной до нескольких тысяч нуклеотидов, что значительно больше, чем фрагменты длиной около 700 нуклеотидов, получаемые во время Проекта «Геном Человека» методом секвенирования по Сангеру.

Метод Сангера требовал создания множества ДНК-библиотек, проведения множества считываний и объединения данных, что позволяло заполнять «пробелы» и давало высокую точность в определении оснований ДНК. Постсангеровские методики по-прежнему требуют множество библиотек и нередко использования нескольких технологий для получения оптимального результата. Между тем, с методом HGAP «готовится всего лишь единственная библиотека фрагментов ДНК, полученных методом дробовика, и используется для автоматизированного одномолекулярного секвенирования в реальном времени, а сборка не требует секвенирования кольцевых консенсусных последовательностей», - сообщают разработчики.

Новая методика сборки была протестирована на трех микроорганизмах, ранее секвенированных Институтом Сборки Генома. Команда сравнила полученные данные с контрольными последовательностями геномов этих организмов и обнаружила, что точность конечной сборки генома, проведенной новым методом, составила 99,999%.

Доля проектов Института Сборки Геномов из 20 тыс. геномных проектов (микроорганизмов, растений, грибов, водорослей и сообществ микроорганизмов), уже завершенных или ожидающих своей очереди, составляет 20%, и большинство из них имеет отношение к биологии окружающей среды, энергии и переработке углерода.

«Мы рады плодотворному сотрудничеству с JGI в настоящем проекте и узнали много полезной информации из экспертной оценки исследователей JGI как в области микробиологии, так и в области сборки и аннотации геномов микроорганизмов, - рассказывает Джонас Корлач (Jonas Korlach), главный директор по науке компании Pacific Biosciences, - Заключение специалистов дало нам возможность адаптировать методы сборки генома для получения более качественных данных, чем это было возможно ранее с использованием подхода Сангера, при скорости и стоимости, значительно конкурирующими с методами секвенирования и сборки следующего поколения. Теперь мы пытаемся понять, какие преимущества в научных исследованиях могут быть достигнуты благодаря новому методу, в то время как коллеги из JGI оценивают возможности сборки геномов микроорганизмов».

Помимо этого, команда ищет возможности применения нового подхода для сборки геномов более сложных организмов.

По материалам DOE/Joint Genome Institute

Оригинальная статья:
Chen-Shan Chin, David H Alexander, Patrick Marks, Aaron A Klammer, James Drake, Cheryl Heiner, Alicia Clum, Alex Copeland, John Huddleston, Evan E Eichler, Stephen W Turner, Jonas Korlach. Nonhybrid, finished microbial genome assemblies from long-read SMRT sequencing data. Nature Methods, 2013; DOI: 10.1038/nmeth.2474