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    北大黄岩谊课题组创造出更精准的测序方法

    作者:admin 来源:未知 发布时间:2017-11-09 点击数:

       论及当今的高通量测序技术,Illumina公司可谓独占鳌头,二代测序领域无人可望其项背;而在第三代测序技术领域,美国的Pacbio、英国的Oxford Nanopore公司又是个中翘楚。那么问题来了,我们中国在测序技术上有没有重大的突破呢?那必须得有啊!

     

            就在刚过去的11月6日,来自北京大学北京未来基因诊断高精尖创新中心的教授黄岩谊带领自己的研究团队为基因测序的精准度问题带来了更好、更优雅的解决方案。他们最新发表在Nature Biotechnology上的文章“Highly accurate fluorogenic DNA sequencing with information theory–based error correction”,介绍了一种纠错编码(ECC)测序法。这一重要突破被哈佛大学系统生物学教授、Wyss研究所核心成员尹鹏称为是一项高度创新、意义重大、非常有冲击力的研究,他们的工作将以前所未有的精度解码基因组信息,从而为研究和诊断因基因变异发生的不同疾病带来全新的认识。

    正如尹鹏教授所说,这次结果是具有突破性的。而为这次突破性的进展,黄岩谊教授带领的团队从启动该项目到发表,一共历时了7年。七年磨一剑,其中要面临的种种挑战与考验,也是小编难以想象的。

     

    那么这次的突破点到底是什么呢?

    鉴于主流的高分辨测序通常采用边合成边测序策略,简单来说,就是通过聚合酶(polymerase),以一条DNA模版为基础,合成它的互补序列,只要知道加进去的碱基是什么,根据A/T、C/G配对原则,就能反推其对面是什么,所以通过测定参与延伸反应的碱基类型和数目,就可以推测出DNA模版的序列信息。但是这种测序策略的短板也很明显,由于对化学反应本身的错误没有有效的检查和改正机制,导致了当前高通量测序技术的准确性往往被限制在聚合酶的保真度、信号与序列的线性度、信号检测的灵敏度这几个因素上。

    为了获得新的方法,黄岩谊带领自己的研究团队经过长时间地实践尝试,推翻了“认为测序一定要直接能够测出碱基“这一固定思路,最终采用两种碱基与两种碱基反应的方案,这一方案的优势在于即使每一个反应都无法确定碱基种类,也可以通过多轮测序结果,经由算法进行纠错和校正,从而推导得到一个精确的序列。其实这种策略已经存在并应用了半个世纪的时间,只是它在通信等领域中被称作ECC,是一种能够实现“错误检查和纠正”的技术。其实质是通过对信息存储和传递过程进行有效编码,可极大消除信息存储和传输错误出现的可能性。

    ECC测序简要流程

    置换到测序的语境中,ECC测序方法通过创建三个正交简并序列,通过交替的双基反应生成序列,将信息冗余和测序过程结合,可以发现和纠正测序中产生的错误。而荧光发生测序方法恰好具有独特的优势使得这种结合变得可行。

    与现在新一代测序仪市场上基本处于垄断地位的Illumina测序化学原理不同,荧光发生测序技术不对作为反应原料的核苷酸3’端羟基进行封闭性化学修饰,因而可自由连续延伸,从而提供了ECC测序的可能。

    经过反复改进和测试,黄岩谊团队终于在实验中拼出来三个序列,然后开始不断重复,终于验证了ECC测序法。实验证实,新的测序方法能够在前200bp中把误差全部消除,做到完全精准无错。与主流测序化学方法比较而言,ECC不仅检测快速,而且准确度很高。

    ECC测序的高准确率

    高精度测序方法将有助于各种应用,包括婴儿基因突变检测,循环肿瘤DNA或高度异质性肿瘤组织中的母体血和稀有突变鉴定。而ECC技术可以从根本上提高数据质量,满足精准医学的精度要求。

    相信这次的突破又能激起广大科研工作者们的研究热情,为科研的未来更加努力地寻求突破。

    文章链接http://sci-hub.bz/10.1038/nbt.3982