به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، توالی‌یابی سنتی اغلب به تهیه یک اسموتی تشبیه می‌شود: محققان دسته‌ای از سلول‌ها را با هم ترکیب می‌کنند، یک توالی متوسط به دست می‌آورند و در آخر درمورد مواد تشکیل دهنده این ترکیب نتیجه گیری می‌کنند. اخیراً، دانشمندان توانایی انجام توالی یابی تک سلولی را به دست آورده اند که می‌تواند تغییرات نادر بین سلول‌ها و تکامل دودمان سلولی را آشکار کند. اما روش‌های کنونی نیازمند خواندن ژنوم در بخش‌های کوتاه هستند و بنابراین اغلب نمی‌توانند مناطق پیچیده تکراری را که دانشمندان به طور فزاینده‌ای با سلامت و بیماری مرتبط می‌دانند، ثبت کنند. ولی فن آوری‌های طولانی خوان می‌تواند بر این دام غلبه کند. با این حال، روش‌های آنها به DNA بسیار بیشتری نسبت به استخراج از یک سلول نیاز دارد. بدین سبب تاکنون توالی خوانی طولانی تک سلولی به طرز ناامیدکننده ای دور از دسترس باقی مانده است.

Alexander Hoischen، محقق فناوری‌های ژنومی در دانشگاه Radboud، می‌گوید با ترکیب «دو رویکرد بسیار نوآورانه» (یک تکنیک پیشرفته تقویت DNA با آخرین پیشرفت‌ها در توالی‌یابی DNA)، تیمی از دانشمندان توانسته‌اند فناوری مطالعه طولانی‌خوان را برای سلول‌های منفرد به کار ببرند.  کارشناسان به The Scientist می‌گویند که این شاهکار ممکن است اجازه دهد تا نگاه دقیق تری به جهش‌های زمینه ساز انواع بیماری‌ها داشته باشیم.

فن آوری توالی خوانی طولانی

در دهه گذشته، خواندن - محصول توالی یابی DNA – با طول‌های ژنی بیشتری امکان پذیر شده است. در واقع توالی خوانی طولانی به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا بتوانند "مناطق تاریک" مشکل ساز ژنوم را که به دلیل فراوانی گوانین‌ها و سیتوزین‌ها و یا مناطق تکراری که به راحتی با یک کروموزوم مشاهده نمی‌شوند و برای فناوری‌های کوتاه خوان غیرقابل دسترسی هستند، را توالی یابی کنند. با این حال، توالی خوانی طولانی به مقدار زیادی DNA نیاز دارد. Joanna Hård، زیست شناس محاسباتی در ETH زوریخ در سوئیس، می‌گوید: برای خوانش چندین میکروگرم ماده ژنتیکی مورد نیاز است، اما "یک سلول تنها حاوی شش پیکوگرم است." او می‌گوید: «بنابراین قبل از اینکه بتوانید با استفاده از روش‌های طولانی خوان ماده ژنتیکی مورد نظر را توالی یابی کنید، لازم است مقدار ماده ژنتیکی را افزایش داد و به میزان مورد نظر دستگاه رساند » هارد می‌گوید و اینجاست که همه چیز پیچیده می‌شود، زیرا روش‌های اولیه مورد استفاده برای تقویت DNA دارای گرایش به انتخاب و تقویت توالی خاصی نسبت به سایر توالی‌ها هستند . بنابراین در این مطالعه حاضر، هارد و همکارانش توانستند با استفاده از یک روش تقویت شده DNA، خوانش‌های طولانی را برای تمامی توالی ماده ژنتیکی سلول‌های منفرد به دست آورند.

تکنیک تقویت جابجایی چندگانه مبتنی بر قطره

برای به حداقل رساندن سوگیری یا گرایش تقویتی برای توالی ژنتیکی خاص،  این تیم از تکنیکی به نام تقویت جابجایی چندگانه مبتنی بر قطره استفاده کردند که با به دام انداختن قطعات DNA در قطراتی که حاوی مقدار محدودی از معرف‌ها هستند، عمل می‌کند و از تقویت بیش از حد مناطق خاص جلوگیری می‌کند. Adam Ameur ، بیوانفورماتیک دانشگاه اوپسالا در سوئد، به The Scientist می‌گوید: « با این روش تقویت یکنواخت تری وجود دارد، بنابراین شما نمایش بهتری از ژنوم دارید. محققان این تقویت مبتنی بر قطرات را بر روی لنفوسیت‌های T فردی انجام دادند، سپس با استفاده از فناوری PacBio HiFi، توالی خوانی طولانی را ایجاد کردند. در مقایسه با توالی خوانی کوتاه، روش جدید چهار برابر گونه‌های ساختاری ( بازآرایی‌های بزرگ DNA ) از جمله مواردی که در "مناطق تاریک" غیرقابل دسترس ژنوم قرار دارند، را ثبت کرد.

نمونه‌های ارزیابی شده با استفاده از این روش

محققان از روش جدید برای تعیین توالی DNA از دو سلول T مختلف که از یک فرد به دست آمده بودند استفاده کردند. داده‌های توالی یابی آنها 28 جهش سوماتیک را نشان داد که این دو سلول را از هم متمایز می‌کرد، از جمله تغییرات در DNA میتوکندری. بنابراین روش جدید می‌تواند به دانشمندان اجازه دهد تا تأثیر جهش‌های سوماتیک را در بیماری‌های بی‌شماری مطالعه کنند. به عنوان مثال، تومورها اغلب موزاییکی از تنوع ژنتیکی را نشان می‌دهند زیرا سلول‌های مختلف به طور مستقل جهش‌هایی را به دست می آورند ( معروف به جهش‌های ساب کلونال) که تومور را تهاجمی تر می‌کند. Christopher Mason، بیوفیزیکدان در پزشکی ویل کورنل در نیویورک که در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید بهبود توالی‌یابی DNA تک سلولی می‌تواند به "از بین بردن جهش‌های ساب کلونال که اغلب در سرطان پنهان می‌شوند، کمک کند."

انواع جهش‌ها و اثرات ناشی از آنها

سلول‌های سالم نیز در طول زندگی‌شان جهش‌هایی را جمع می‌کنند، اگرچه این در سلول‌های پوست و روده که به طور منظم دوباره پر می‌شوند، نسبت به سلول‌های با عمر طولانی در مغز ما کمتر نگران‌کننده است. اما جهش‌های سوماتیکی در نورون‌ها و سایر سلول‌های مغزی می‌توانند بر عملکرد مغز تأثیر بگذارند و ممکن است به بیماری‌های عصبی از جمله اسکیزوفرنی، تورت و اوتیسم کمک کنند.

Constantina Theofanopoulou، محقق کالج هانتر که در این مطالعه شرکت نکرد، می‌گوید پیشرفت‌های حاصله در توالی‌یابی DNA در تحقیقات او برای خوانش توالی طولانی ژنوم مهره‌داران کمک بزرگ بوده است تا بتواند تاریخچه تکاملی گیرنده‌ها و لیگاندهایی را که ارتباط اجتماعی را امکان‌پذیر می‌کنند، کشف کند. او می‌گوید، خواندن طولانی توالی DNA از سلول‌های منفرد می‌تواند ابزاری حیاتی برای شناسایی انواع ژنتیکی در اختلالات گفتاری مورد مطالعه او باشد.

این تکنیک همچنان نیاز دارد کامل‌تر شود

با این حال، محققان اذعان می‌کنند که این تکنیک کامل نیست. در حالی که بهتر از روش‌های فعلی مقیاس‌سازی DNA، تقویت مبتنی بر قطره می‌تواند خطاها و وایمرهایی ایجاد کند، جایی که بخش‌های غیر همسایه ژنوم به هم چسبیده‌اند. اگرچه آنها توانستند جهش‌ها را در کار فعلی شناسایی و حذف کنند، ولی مشکلی کهوجود دارد این است که روش سخت فیلتر کردن آنها نیز خوانش صحیح را هم حذف کرد. این تیم در حال کار بر روی بهینه سازی شرایط برای کاهش خطا در هنگام تقویت است. آمور می‌گوید: «من این را به عنوان یک مطالعه اثبات اصل می‌بینم، جایی که نشان می‌دهیم هر کاری که با خواندن طولانی در نمونه‌های بزرگ انجام شده است را می‌توان در سطح تک سلولی نیز انجام داد. او می‌افزاید: «اکنون، ما واقعاً می‌توانیم تک سلولی را با جزئیات بیشتری مطالعه کنیم.

پایان مطلب/.