БИОИНЖЕНЕРИЯ № 8 Кактусы – не самый подходящий объект биоинженерных изысканий

флюорофора при присоединении каждого нового нуклеотида к растущей цепи ДНК

в ходе ПЦР.

Основной отличительной чертой технологии является применение так называемого метода молекулярных колоний.

Длина одного рида: 100-300 нуклеотидов.

В настоящее время до 80% геномных данных генерируется посредством метода Illumina.

Основное достоинство: всё.

Основной недостаток: в общем-то, нет.

Первый прибор: компания Solexa, 2006 год.

причем разные.

Амплифицируйте фрагменты при помощи ПЦР.

адаптерам. В одном из нуклеотидов должен быть редкий сайт рестрикции.
4.

Денатурируйте опытную ДНК и закрепите ее в ячейке. Фрагменты ДНК окажутся где-то между олигонуклеотидами.

случае что-либо может случиться, только если фрагмент ДНК изогнулся, как

показано на рисунке, и его свободный конец отжегся на свободный олигонуклеотид, закрепленный в ячейке.

Это называется «мостиковая амплификация».

каждая цепочка которых одним концом ковалентно закреплена на ячейке, а

другой конец вовлечен только в комплементарное взаимодействие.

Секвенирование Illumina

будет одним концом ковалентно прикреплена к поверхности ячейки. Одинаковые молекулы

(две разделившиеся цепи двуцепочечного продукта) будут всегда находиться рядом друг с другом.

Секвенирование Illumina

одинаковых молекул, ориентированных двумя различными способами.
9. Обработайте ячейку рестриктазой, сайт

для которой был внесен в один из олигонуклеотидов. Молекулы ориентации А оторвутся от ячейки. Промойте ячейку. Теперь на ней остались только молекулы ориентации Б.

Секвенирование Illumina

G и T), каждый с отделяемой флюоресцентной меткой своего цвета. Наличие

3′-O-азидометила не позволяет ДНК-полимеразе присоединить больше одного нуклеотида.
Полимераза присоединяет один модифицированный нуклеотид, оставшиеся нуклеотиды вымываются.
11. Индуцируйте флюоресценцию. Присоединенный флюорофор светится своим цветом, и этот сигнал от кластера одинаковых молекул будет сильным. Зарегистрируйте сигнал.
12. Добавьте трис(2-карбоксиэтил)фосфин, из-за которого флюорофор и азидометил отделяются и вымываются. 3′-гидроксильная группа становится доступной для присоединения ещё одного нуклеотида.
13. Повторите пп.10-12.

Секвенирование Illumina

качества!

Амплификация вызывает «перекос» в сторону тех или иных фрагментов –

неравномерность покрытия
• более совершенные полимеразы
• уменьшение числа циклов ПЦР или PCR-free библиотеки

Дуплицированные чтения
• уменьшение числа циклов ПЦР
• повторности амплификации

Продукты самолигирования (димеры) адаптеров
• более совершенные ферменты
• дополнительная очистка

Нерешенные до конца проблемы NGS

и генетических
исследований на немодельных объектах

• полногеномное ресеквенирование
поиск мутаций, ассоциированных с

болезнями, картирование генов

• направленное ресеквенирование
биомедицина: скрининг мутаций с известной ролью в развитии болезней и
поиск новых мутаций

• анализ транскриптома (RNA-seq)
сравнение уровней экспрессии, поиск новых генов и изоформ, аннотация секвенированных de novo геномов

• ДНК-белковые и ДНК-ДНКовые взаимодействия (ChIP-Seq)
поиск сайтов связывания транскрипционных факторов, изучение
пространственной организации хроматина

• метагеномика
анализ разнообразия микробных сообществ

Области применения NGS

150 миллиардов
• повторы
• гетерозиготность, полиплоидия


Требования:
• покрытие не менее 50х (каждую

букву генома нужно прочесть не менее 50 раз)
• длина ридов – чем больше, тем лучше
• обязательные парные чтения (независимое параллельное секвенирование минимум двух одинаковых образцов)
• точность не критична (поскольку у нас высокое покрытие), но большое количество ошибок ухудшает последующую сборку
• образец для секвенирования должен быть ОЧЕНЬ чистым, без какой бы то ни было сторонней ДНК

Секвенирование de novo

относится.

СБОРКА ГЕНОМА ИЗ РИДОВ – вот самая большая проблема.
О том,

как она решается, вам расскажут на биоинформатике 

друг с другом)
Данные для «настольных» секвенаторов (малые размеры, малая мощность)

научные работы на эту тему были опубликованы в 2008-2009 годах,

а первый прибор появился на рынке в 2011 году.


Основные отличия TGS от NGS:
Значительно более длинные риды (до сотен тысяч нуклеотидов!)
Отсутствие необходимости амплификации ДНК перед секвенированием


В настоящее время коммерциализованы две технологии TGS, но на подходе еще несколько.

на жестком закреплении ДНК-полимеразы в некоей ячейке, а также на

том факте, что при помощи адски чувствительного детектора, работающего в очень маленьком участке пространства, можно достоверно поймать разницу в длительности свечения флюорофора, который присоединяется к растущей цепи ДНК (миллисекунды) и флюорофора, который безыдейно диффундирует в растворе (микросекунды).

Zero-mode waveguide (ZMW) — углубление диаметром несколько десятков нм, ко дну которого прикреплена ОДНА молекула ДНК-полимеразы. Сквозь дно в ZMW-ячейку подаётся свет. Особенность конструкции ZMW-ячейки не даёт распространяться световой волне и оставляет освещённым только объём порядка 10−20 литров около дна ячейки. Это позволяет регистрировать флуоресценцию от одной молекулы флюорофора.

нуклеотидов. Такая метка меньше влияет на работу ДНК-полимеразы, что крайне

важно при секвенировании в реальном времени. После встраивания нуклеотида флуорофор диффундирует из наблюдаемого объёма и больше не влияет на регистрируемый сигнал. Таким образом, измеряя длительное (миллисекунды) свечение одного цвета при присоединении полимеразой меченного нуклеотида на фоне быстро диффундирующих (микросекунды) четырёх, можно определить последовательность матричной цепи ДНК.

токсинов (производные стафилококкового альфа-гемолизина). Такие белки умеют образовывать в мембранах

поры диаметром несколько нанометров. ДНК в солевом растворе при приложении электродов начинает проникать сквозь такую нанопору. Измеряя малейшие изменения проводимости поры, можно получать информацию о нуклеотидном составе ДНК!

Секвенатор в данном случае – это прибор размером с сотовый телефон, подключаемый к компьютеру через USB-порт.

замыкающий две цепочки ДНК друг на друга с одного из

концов.
После того, как одна цепочка ДНК целиком прошла через нанопору, туда начинает лезть другая. И тоже секвенируется!

ЗАЧЕМ?

участка ДНК. В следующий момент времени ДНК продвинулась сквозь пору

на 1 нуклеотид, и детектируется изменение проводимости уже от другого 5-членника. Детектор должен уметь распознавать 1024 состояния проводимости! Он это и умеет, но все же с неидеальной точностью. Да еще и модифицированные основания мешают. В общем, точность метода – всего около 80%. Но можно просто повторить секвенирование 5 раз, и точность повышается до 99%!

10, глядя на экспоненциальный прогресс технологий секвенирования.
Мы реально живем

в очень интересное время!