Zespół naukowców z Broad Institute of MIT i Harvard opracował nowe podejście do sekwencjonowania nowej generacji, które wykrywa mutacje genetyczne w pojedynczych cząsteczkach DNA.

Metoda o nazwie Concatenating Original Duplex for Error Correction (CODEC) sprawia, że ​​sekwencjonowanie nowej generacji jest około 1000 razy dokładniejsze i otwiera możliwości szeregu zastosowań, w tym wykrywania niewielkiej liczby mutacji nowotworowych w próbkach krwi, monitorowania raka w trakcie i po leczenia i identyfikowania mutacji leżących u podstaw rzadkich chorób, a wszystko to przy stosunkowo niskich kosztach. Badanie ukazuje się dziś w Genetyka przyrody.

„Piękno tego podejścia polega na tym, że nie jest to przegląd sposobu sekwencjonowania” – powiedział Viktor Adalsteinsson, starszy autor badania i dyrektor Gerstner Center for Cancer Diagnostics oraz lider zespołu biopsji krwi w Broad. „To nie jest coś, co wymaga nowego oprzyrządowania lub inwestycji kapitałowych – to prosty zestaw kroków dodanych do istniejących procesów przygotowania próbek w celu poprawy dokładności sekwencjonowania DNA”.

Jin Bae, naukowiec i Ruolin Liu, informatyk, obaj w laboratorium Adalsteinssona, są pierwszymi autorami badania.

Wyzwania związane z sekwencjonowaniem

CODEC łączy zalety dwóch istniejących metod: sekwencjonowania nowej generacji i sekwencjonowania trzeciej generacji.

Sekwencjonowanie nowej generacji to wysokoprzepustowy proces, w którym dwie nici podwójnej helisy DNA są rozdzielane i sekwencjonowane indywidualnie. Ten proces jest szybki, ale nie pozwala odróżnić mutacji w DNA od błędów wprowadzonych przez samo sekwencjonowanie, co zmniejsza jego zdolność do dokładnego wykrywania rzadkich mutacji.

Metoda przygotowania próbki zwana sekwencjonowaniem dupleksowym, która obejmuje znakowanie poszczególnych nici DNA, umożliwia rozróżnienie prawdziwych mutacji i błędów, ale jest wysoce nieefektywna, ponieważ niezależnie sekwencjonuje każdą nić podwójnej helisy.

Sekwencjonowanie trzeciej generacji może wskazać rzadkie mutacje poprzez sekwencjonowanie DNA bez rozdzielania dwóch nici, ale może być również nieefektywne i niedokładne.

Aby przezwyciężyć te ograniczenia, CODEC wykorzystuje specjalnie zaprojektowaną sekwencję adapterów, aby połączyć jedną nić podwójnej helisy z odwrotnym uzupełnieniem drugiej nici. Dwie nowe nici są następnie sekwencjonowane razem przy użyciu sekwencjonowania nowej generacji. Pozwala to naukowcom na rozróżnienie między błędami i mutacjami wywołanymi sekwencjonowaniem oraz generowanie bardzo dokładnych danych dotyczących sekwencji przy niskich kosztach.

Wykrywanie mutacji

Naukowcy wykorzystali CODEC do poszukiwania częstości mutacji w plemnikach i związanych z wiekiem mutacji w komórkach krwi, a także mutacji w pojedynczych cząsteczkach DNA z guzów i innych próbek pacjentów. Przetestowali CODEC z sekwencjonowaniem nowej generacji całego genomu lub tylko ukierunkowanego panelu genów. Odkryli, że CODEC rozróżnia rzeczywiste mutacje i błędy z podobną dokładnością w porównaniu z sekwencjonowaniem dupleksowym, wymagając przy tym mniejszej ilości DNA do analizy, co prowadzi do poprawy wydajności.

Zespół Adalsteinssona złożył wniosek patentowy na technologię i pracuje nad sposobami zwiększenia wydajności CODEC. Od czasu opisywania swojej metody w czerwcu 2021 r. w przeddruku, Adalsteinsson mówi, że skontaktowało się z nimi wielu badaczy, którzy chcieli użyć CODEC.

„Ta technologia pozwala nam zobaczyć rzeczy, których nigdy wcześniej nie mogliśmy zobaczyć dzięki sekwencjonowaniu DNA, i to jest niezwykle ekscytujące” – powiedział Adalsteinsson.