CRISPR基因魔剪将带来基因组学研讨新革新

原标题：CRISPR基因魔剪将带来基因组学研究新革命

一直以来人们都在试图寻找一种能对感兴趣的特定区域进行深度测序的方法。最近，来自约翰·霍普金斯医学院的研究人员表示，利用纳米孔测试技术他们已经成功地利用基因切割工具CRISPR对大段肿瘤基因周围的DNA进行了切割，这些DNA可拿来收集序列信息。这在某种程度上预示着对于癌症患者的肿瘤测序，将不一定再需要对整个癌症基因组进行测序。

图片来源于sciencedaily

利用人类乳腺癌细胞和组织的基因组进行的原理验证实验的报告发表在2月10日的《自然生物技术》杂志上。研究人员表示，将CRISPR与可对人类癌症组织的DNA成分进行测序的工具配对，是一项新技术，有望能轻松实现对患者肿瘤的快速，相对便宜的测序，从而简化针对高度特异性和个性化治疗方法的选择和使用基因改变。

论文截图

“对于癌症患者的肿瘤测序，您不一定需要对整个癌症基因组进行测序，”Winston Timp博士说。约翰·霍普金斯大学医学院生物医学工程与分子生物学和遗传学助理教授。“对特定的遗传感兴趣区域进行深度测序可能非常有用。”

在传统的基因组测序中，科学家们必须制造出有争议的DNA的许多拷贝，将DNA随机分成多个片段，然后通过一台计算机读取机器中破碎的片段，该机器读取由四个“碱基，形成DNA，并分别标记为A，C，G和T。然后，科学家寻找断裂片段的重叠区域，并将它们像屋顶上的瓦片一样装配在一起，以形成构成基因的DNA长区域。研究人员对与乳腺癌相关的BRCA1基因进行了测序：该基因组跨越基因组一个区域，长度超过80,000个碱基。吉尔帕特里克说：“这个基因确实很长，我们也可以收集遍及这个大而复杂区域的测序读物。”

Timp说：“因为我们大家可以使用这种技术对很长的基因进行测序，所以我们也许能够捕获到缺失的较大的DNA片段，而这些都是我们无法用更常规的测序工具找到的。”

Oxford Nanopor 测序仪

纳米孔测序工作原理

纳米孔测序，就是利用一个纳米孔将一个纳米孔蛋白固定在电阻膜上，然后使DNA双链解链成单链，在利用一个马达蛋白牵引DNA单链传过纳米孔，因为不同碱基属于生物大分子，本身还有不同电荷，因为通过纳米孔的时候会引起电阻膜上电流的变化，通过捕获电流变化来识别碱基，也就是我们前面介绍过的将化学碱基转换为电信号。

1. 纳米孔能处理呈现给它的 DNA或RNAA 片段的整个长度。用户都能够通过所使用的文库制备实验方案来控制片段长度。（例如，目前DNA片段长度最高记录>2 Mb1。
2. 酶马达 通过纳米孔控制DNA或RNA链的位置移动。一旦DNA或RNA通过，马达蛋白分离并且纳米孔准备好接受下一个片段。
3. 纳米孔测序仪DNA或RNA片段通过纳米级的小孔。位移过程中电流的波动可用于确定DNA或RNA序列。
4. 电阻膜 意味着所有电流必须通过纳米孔，确保信号清晰。

工作原理示意图

纳米孔测序优势

直接的纳米孔测序长读长能够对修饰碱基（例如5mC，pseudouridine，m6A）进行仔细的检测和单倍体分型（phasing）——所有信号都在原始数据中捕获，可以随时做多元化的分析。

纳米孔测序优势

参考文献

Timothy Gilpatrick, Isac Lee, James E. Graham, Etienne Raimondeau, Rebecca Bowen, Andrew Heron, Bradley Downs, Saraswati Sukumar, Fritz J Sedlazeck, Winston Timp. Targeted nanopore sequencing with Cas9-guided adapter ligation. Nature Biotechnology, 2020; DOI: 10.1038/s41587-020-0407-5

https://nanoporetech.com

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