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首次:纳米孔测序让流感病毒"无所遁形"
来源:新浪   发布者:ailsa   日期:2018-04-24   今日/总浏览:1/320

以前,所有流感基因组(以及其他以RNA形式储存其遗传物质的病毒基因组)都是通过将分子复制到DNA中来确定的。最近,科学家们终于成功利用一种新的“纳米孔”(nopore)测序技术首次通过一个微小的分子通道来读取RNA链,获得了天然病毒基因组。

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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,这项研究的领导者、美国疾病控制和预防中心(CDC)的微生物学家John Barnes在给bioRxiv服务器(生命科学领域专有的预印本文献库)的预印本(a preprint posted)中介绍了这项工作,他说:“我们第一次可以真正开始观察基因组在其原始状态的本质,这确实开始开辟了很多可能性。”

变革前的“RNA测序”

RNA的化学性质类似于它的”近亲”——DNA。在细胞生物中,它充当DNA编码基因和蛋白质之间的中介,并在细胞中执行其他任务。但许多病毒(包括脊髓灰质炎病毒、埃博拉病毒以及普通感冒病毒)将其遗传信息存储为RNA,而非DNA。据Barnes介绍,几乎所有的“RNA测序”都使用一种叫做逆转录酶的病毒酶,它通过将RNA复制到“序列友好”(sequencer-friendly)的DNA链中完成测序,而这种传统的“RNA测序”技术自20世纪70年代被发明以来就未改变过,这一技术缺陷也导致没有人对上述病毒的RNA基因组进行直接测序。

微小但强大

现如今,纳米孔提供了一种更简单的方法来测序实际的RNA分子,如病毒基因组。这项技术基于在纳米尺度的分子孔中施加电流,然后根据遗传物质来测量电流的波动。

今年1月,英国牛津纳米技术公司(Oxford Nanopore Technologies)的研究人员使用一种名为MinION的巧克力棒大小(a chocolate-bar-sized)的设备,直接对RNA进行测序这项研究着眼于信使RNA(一个传递来自DNA的信息以构建蛋白质的RNA分子家族)的转录物。

Barnes的团队将这种方法应用于甲型流感的基因组,该基因组大约有13,500个RNA字母长,由8个片段组成。值得一提的是,Barnes指出其团队的方法还没有准备好,这项工作需要大量的流感病毒,为了消除不可避免的测序错误,原始数据必须经过多次处理。但是基于纳米孔技术的迅速发展,Barnes希望随着进一步的改进,能将常规流感和其他RNA病毒的直接测序变成常规。

技术瓶颈

在Barnes和其他科学家的愿望清单中,最重要的是鉴定RNA化学修饰的方法。到目前为止,研究人员已经发现了100多种,但他们几乎不知道其中的大部分在做什么,而这很大程度上是因为不可能对它们进行一个系统的研究。

杜克大学的病毒学家Bryan Cullen说:“对RNA被修饰的碱基进行测序将是‘一件大事’(a big deal)”。他的团队去年曾发现一种叫做m6A的标签似乎能在小鼠感染期间改变流感基因的表达,从而促进病毒复制。“但目前检测这些修饰的方法既费时又昂贵。”他补充道。

尽管这些方法还不完善,但生物学家仍然对很快就能以天然形式对整个病毒基因组和其他RNA分子进行测序的可能性感到兴奋。“突然间,我们就有了这样的技术,真是太神奇了。” Bryan总结道。

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