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測序周報 · 科研篇:三代測序+DNA甲基化+宏基因組 | 房剛研究組最新NBT文章

6月
15
2018

2018年6月15日07時 今日科學 測序中國

測序中國

本周關注

近年來,第三代基因測序技術迅速發展。由於第三代測序技術能夠產生遠長於二代測序技術的基因組序列讀長,並且能夠實現在單分子水平進行基因測序,因此在動植物的基因組組裝、基因組結構變異、DNA修飾檢測、全長轉錄本測序中的應用有著獨特的優勢。

美國PacBio公司的SMRT技術便是三代測序技術的代表。自公司2013年成功推出商業化的三代測序儀後,PacBio測序技術便被逐漸應用於各類基因組研究中。由於在測序中無需對樣本進行PCR擴增,便可以直接根據實時測序中DNA聚合酶的動力學變化間接檢測多種DNA表觀遺傳學修飾,因此PacBio測序技術在表觀遺傳學研究中有著巨大的潛力。

三代測序技術的代表PacBio公司

目前,表觀遺傳學已得到了科學界的廣泛關注,但對於第三代測序技術在表觀遺傳學中的應用還有待進一步探索。此外,迄今為止大多數用於識別微生物組的分析方法解析度較低,一種菌株很可能無法被獨立識別,而只能籠統地被歸為某一類別。同時,現有的宏基因組分析方法也無法有效地將細菌的可移動遺傳元件和細菌宿主的主染色體聯繫到一起。

近日,來自美國西奈山伊坎醫學院(ISMMS)的房剛教授帶領的研究團隊為這一領域的研究帶來了突破。研究團隊基於單分子測序技術對DNA甲基化模式進行了探索,首次利用微生物基因組中的DNA甲基化修飾(m6dA),對腸道菌群宏基因組進行了更高清晰度且更加完整的分析。相關研究於12月11日在線發表在著名學術期刊《自然-生物技術》,論文題為「Metagenomic

binning and association of plasmids with bacterial host genomes using DNA methylation」。

房剛教授

2012年,該研究團隊曾利用第三代測序技術在《自然-生物技術》發表了第一篇細菌的全基因組m6dA,發現了表觀遺傳學在2011年德國的一場大腸桿菌疫情菌株的基因調節作用。近日發表的最新成果正在之前的工作基礎上,實現了對宏基因組分析的技術突破。

無疑,該研究對於微生物樣本分析具有重要的意義。通過這一技術,研究者可以利用不同菌株特異性的甲基化特徵確定混合樣本的組分。更重要的是,該方法能夠將質粒DNA整合到細菌基因組中,提供了一種將可移動基因元件與其細菌宿主相連接的新方法,使科學家能夠更準確地預測細菌毒性、抗生素耐藥性及其他生物學和臨床關鍵特徵。

人類腸道微生物

目前研究人員已經對該方法申請了專利,並正在探索其潛在的商業應用方向。文章通訊作者、西奈山醫學院助理教授房剛表示,該方法可以應用於多個領域,例如在疫情爆發等情況下從微生物組中直接診斷病原體的基因屬性;高清晰度的糞便移植前後的菌株對比;對於中低複雜度的樣本,如胃和陰道微生物群落以及嬰幼兒腸道微生物群落,該方法尤為適用; 對高複雜度的樣本,主要的考慮是測序的深度和價格,

據悉該團隊正在繼續研發更廉價的使用。

正如文章另一作者、西奈山精準醫學院院長Eric E Schadt在一份聲明中所述:「生物學是複雜的,如果我們希望最終能將這些信息用於臨床,我們的分析必須準確地反映這種複雜性。」或許在未來,我們能看到這些技術的更多應用場景,我們也期待這些技術能夠進一步造福人類。

本周科研進展

1.12月22日,《科學》期刊公布了2017年度十大科學突破(BREAKTHROUGH OF THE

YEAR),包括:單鹼基基因編輯、基因治療、生物學術預印、廣譜抗癌藥、原子水平的生命、新類人猿物種、現代智人的起源、270萬年前氣候、雙中子星併合引力波事件、中微子探測器。很明顯,生命科學領域的成就占據了大半江山。

2. 12月20日,Broad研究所的David

Liu教授於《自然》期刊發布了一項CRISPR重磅研究。研究團隊使用CRISPR-Cas9基因編輯技術,成功敲除了名為「貝多芬小鼠」小鼠的TMC1基因突變,從而減少了小鼠的聽力損失,為遺傳性耳聾的基因治療奠定了基礎。此外,該研究還解決了當前基因編輯技術面臨的一個主要問題,即如何將CRISPR-Cas9技術所需的蛋白質和RNA轉移到活體動物的細胞中。

3. 12月20日,來自德國Hopp兒童癌症中心的研究人員研發了一種新的分子方法,開發了一直基於超級增強子的新方法,用於治療以往難以治療的兒童腦癌形式:室管膜瘤(ependymoma),相關研究成果公布於《自然》期刊上。

4. 12月19日,《麻省理工技術評論》雜誌官網的一篇報導對2018年「基因魔剪」研究進行了展望——鑒於從2013年科學家首次使用CRISPR-Cas9編輯人類活細胞以來,其治療疾病的可能性似無止境,預計明年首批臨床試驗將在美國和歐洲展開。

5.12月19日,基因療法再次邁出了關鍵的一步:美國食品和藥物管理局(FDA)今日批准了基因療法Luxturna的上市申請,用於治療兒童及成人的遺傳性視網膜病變(IRD)。這也將成為美國FDA批准第一個直接矯正缺陷基因的療法,有著里程碑意義。

6.12月19日,《自然 - 通訊》同時發表了兩篇文章。兩項研究鑑定出了青少年粒單細胞白血病(JMML)的三種新亞組,它們可以預測病人結果,包括最有可能發生疾病自行消退的病人。該研究為根據 DNA 甲基化劃分不同 JMML 患者奠定了基礎,有助於我們進一步了解 JMML

的基礎生物學機制。

7. 12月18日,北京大學湯富酬研究組和北京大學第三醫院喬傑院士課題組在國際知名學術期刊Nature

Genetics在線發表了最新文章。利用單細胞全基因組DNA甲基化測序技術,該團隊對人類植入前胚胎髮育的各個階段進行了單細胞、單鹼基解析度的系統研究,進一步解釋了人類植入前胚胎DNA甲基化重編程的動態過程。

8.12月14日,約翰霍普金斯大學研究人員在JAMA Oncology雜誌發表了一項研究,研究結果表明,不同的液態活檢檢測機構對相似樣本的檢測結果有顯著差異。兩家權威機構同時檢測的40名患者樣本中,除去6例檢測結果被認為無效外,其餘34例中測序結果完全一致的僅有12例。

新發表文章

新技術

1. piRNA analysis framework from small RNA-Seq data by a novel cluster prediction tool - PILFER.Ray R et al.Genomics. 2017 Dec 18.

動物

1. Transcriptome analysis of ruminal epithelia revealed potential regulatory mechanisms involved in host adaptation to gradual high fermentable dietary transition in beef cattle.Zhao K et

al.BMC Genomics. 2017 Dec 19

植物

1. Identification of the Sex-Biased Gene Expression and Putative Sex-Associated Genes in Eucommia ulmoides Oliver Using Comparative Transcriptome Analyses.Wang W et al.Molecules. 2017 Dec

18

微生物

1. Toward Understanding Phage:Host Interactions in the Rumen; Complete Genome Sequences of Lytic Phages Infecting Rumen Bacteria.Gilbert RA et al.Front Microbiol. 2017 Dec 5

2. MICRA: an automatic pipeline for fast characterization of microbial genomes from high-throughput sequencing data.Caboche S et al.Genome Biol. 2017 Dec 19

3. Detection and full genome characterization of two beta CoV viruses related to Middle East respiratory syndrome from bats in Italy.Moreno A et al.Virol J. 2017 Dec 19

腫瘤

1. Comprehensive Genomic Profiling of Malignant Effusions in Patients with Metastatic Lung Adenocarcinoma.Yang SR et al.J Mol Diagn. 2017 Dec 18.

2. CCR6 Is a Predicting Biomarker of Radiosensitivity and Potential Target of Radiosensitization in Rectal Cancer.Chang H et al.Cancer Res Treat. 2017 Dec 21.

3. Computational identification of micro-structural variations and their proteogenomic consequences in cancer.Lin YY et al. Bioinformatics. 2017 Dec 18.

4. Bone biopsy protocol for advanced prostate cancer in the era of precision medicine.Sailer V et al.Cancer. 2017 Dec 19.

5. Increased expression of GATA Zinc Finger Domain Containing 1 via gene amplification promotes liver cancer by directly inducing PRL3.Sun W et al.Hepatology. 2017 Dec 21.

6. Elevated Expression of DLG1 Is Associated with Poor Prognosis in Patients with Colorectal Cancer.Zhu GD et al.Ann Clin Lab Sci. 2017 Nov

7. Single-cell profiling of human gliomas reveals macrophage ontogeny as a basis for regional differences in macrophage activation in the tumor microenvironment.Müller S et al.Genome Biol.

2017 Dec 20

8. The evolutionary landscape of chronic lymphocytic leukemia treated with ibrutinib targeted therapy.Landau DA et al.Nat Commun. 2017 Dec 19

其他

1. Profiling long noncoding RNA of multi-tissue transcriptome enhances porcine noncoding genome annotation.Zhao P et al.Epigenomics. 2017 Dec 20.

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