细胞用量大幅减少，新技术提升单分子DNA测序水平

科技日报记者 张梦然

美国格拉德斯通研究所团队开发了两种新的单分子分析工具，可将所需的DNA量减少90%至95%。该研究成果发表在最新一期《自然·遗传学》杂志上，展示了这些工具如何帮助科学家解决他们以前无法回答的生物学问题。

单分子分析的黄金标准方法通常需要至少150000个人类细胞，其中包含数百万个单个DNA分子。这意味着研究人员在只有几千个细胞可用时，根本无法应用这些工具，例如在许多肿瘤活检中。

团队此次开发的新工具被称为“单分子实时标记测序”（简称SMRT-Tag），它可同时绘制长DNA片段中的碱基序列，以及DNA长度上称为甲基的化学结构位置。甲基在基因表达中起着关键作用，人们想要了解疾病，就需要了解它们在DNA上的配置方式。

团队采用了全新“标记”方法，即利用细菌蛋白Tn5将DNA分子切割成更易于处理的片段，并用进一步分析所需的化学成分对其进行“标记”。研究面临的挑战是要让“标记”能恰到好处地将少量DNA分解成约3000到5000个碱基对的长片段。他们用发夹状结构“标记”每个片段的末端，形成便于测序仪读取的长DNA环。

研究证明，SMRT-Tag方法的性能与此前方法一样好，但使用的DNA量要少得多，相当于在10000个细胞中发现的DNA量。

接下来，团队将SMRT-Tag与他们之前开发的名为SAMOSA方法结合起来。SAMOSA可揭示基因表达机制如何轻松访问不同DNA片段。为了证明全新的“SAMOSA-Tag”工具的能力，他们将其应用于前列腺癌细胞（一些来自患者的初始肿瘤，一些来自已扩散到身体不同位置的肿瘤），这些细胞已被移植并在小鼠体内生长。该方法成功揭示了染色质可及性差异，这暗示了癌症转移的可能关键驱动因素。

总编辑圈点

近年来，科学家借助能以单分子分辨率研究人体DNA的技术，极大地增进了对人类基因组、微生物组和疾病遗传基础的了解。通过如此详细的DNA视图，人们可看到早期测序技术无法检测到的遗传变异和结构细节，也可以对此前“无法下手”的少量样本深入分析。这一升级到新水平的老技术，正在成为人类治疗疾病、改善健康的利器。