利用時間序列數(shù)據(jù)高準確率地繪制基因組圖譜

如果你已經(jīng)有了一種有機體的基因組序列圖譜，但想在圖譜中找到異常結(jié)構(gòu)，那么你可以通過在一些靶點中切斷DNA序列并檢測切割點之間的距離來檢查基因條碼。然而，原始基因圖譜在允許研究有系統(tǒng)誤差存在的情況下可通過新一代測序技術(shù)如PCR獲得（包括任何擴增偏差）。為了補救這樣的情況，明尼蘇達大學和生物納米基因組學的研究人員研究通過使用動態(tài)時間序列數(shù)據(jù)來測量以納米通道為基礎(chǔ)的圖譜形式的概率分布。

“想象DNA骨架上的兩個標簽是由DNA彈簧構(gòu)型熵模型連接在一起的。”Kevin Dorfman說，他是明尼蘇達州大學科學與工程學教授。“如果這是一個彈簧振子……然后我們就期望看到其它彈簧長度正負位移的概率相等。”

Dorfman和他的同事觀察到在標簽中壓縮比擴展要更多，并發(fā)現(xiàn)標簽中的大多數(shù)熱漲落是短暫的，這樣能夠幫助提高基因組繪圖的準確性。

“這樣的改進對復(fù)雜的樣本如癌癥、異質(zhì)細胞尤為重要，所以我們需要發(fā)現(xiàn)罕見事件的發(fā)生。”Dorfman說。

研究人員使用傳統(tǒng)脈沖凝膠電泳方法遇到問題，其中基因圖譜是由限制性內(nèi)切酶切割DNA序列組裝的圖譜，常規(guī)方法是把DNA片段分為合適的大小。然而用納米通道的方法在每條DNA鏈上進行熒光標記，這樣就都會保持有序。

研究者通過標記的DNA開始，從大腸桿菌的細胞中提取的基因組DNA，剔除單個核苷酸和不同目標位置的核心區(qū)，并插入熒光核苷酸到這些區(qū)域。每一個DNA鏈通常約有300，000個堿基對，之后將其注入到45 納米寬的納米通道中。然后他們使用數(shù)碼相機拍攝出標簽的位置。而在納米通道記錄中典型的DNA單分子研究中記錄了幾十個分子的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，研究者的方法涉及到成千上萬的分子，每一種分子覆蓋了一系列標簽，之后得出數(shù)以百萬計兩個標簽之間距離的測量值，這對確定概率分布是非常必要的。