發(fā)布日期：2018-04-24
以前，所有流感基因組（以及其他以RNA形式儲(chǔ)存其遺傳物質(zhì)的病毒基因組）都是通過(guò)將分子復(fù)制到DNA中來(lái)確定的。最近，科學(xué)家們終于成功利用一種新的“納米孔”（nopore）測(cè)序技術(shù)首次通過(guò)一個(gè)微小的分子通道來(lái)讀取RNA鏈，獲得了天然病毒基因組。
The influenza virus is the first RNA virus to have been sequenced in its original state.Credit: Dr. Gopal Murti/Getty
4月12日，這項(xiàng)研究的領(lǐng)導(dǎo)者、美國(guó)疾病控制和預(yù)防中心（CDC）的微生物學(xué)家John Barnes在給bioRxiv服務(wù)器（生命科學(xué)領(lǐng)域?qū)Ｓ械念A(yù)印本文獻(xiàn)庫(kù)）的預(yù)印本（a preprint posted）中介紹了這項(xiàng)工作，他說(shuō)：“我們第一次可以真正開(kāi)始觀察基因組在其原始狀態(tài)的本質(zhì)，這確實(shí)開(kāi)始開(kāi)辟了很多可能性。”
變革前的“RNA測(cè)序”
RNA的化學(xué)性質(zhì)類(lèi)似于它的”近親”——DNA。在細(xì)胞生物中，它充當(dāng)DNA編碼基因和蛋白質(zhì)之間的中介，并在細(xì)胞中執(zhí)行其他任務(wù)。但許多病毒（包括脊髓灰質(zhì)炎病毒、埃博拉病毒以及普通感冒病毒）將其遺傳信息存儲(chǔ)為RNA，而非DNA。據(jù)Barnes介紹，幾乎所有的“RNA測(cè)序”都使用一種叫做逆轉(zhuǎn)錄酶的病毒酶，它通過(guò)將RNA復(fù)制到“序列友好”（sequencer-friendly）的DNA鏈中完成測(cè)序，而這種傳統(tǒng)的“RNA測(cè)序”技術(shù)自20世紀(jì)70年代被發(fā)明以來(lái)就未改變過(guò)，這一技術(shù)缺陷也導(dǎo)致沒(méi)有人對(duì)上述病毒的RNA基因組進(jìn)行直接測(cè)序。
微小但強(qiáng)大
現(xiàn)如今，納米孔提供了一種更簡(jiǎn)單的方法來(lái)測(cè)序?qū)嶋H的RNA分子，如病毒基因組。這項(xiàng)技術(shù)基于在納米尺度的分子孔中施加電流，然后根據(jù)遺傳物質(zhì)來(lái)測(cè)量電流的波動(dòng)。
今年1月，英國(guó)牛津納米技術(shù)公司（Oxford Nanopore Technologies）的研究人員使用一種名為MinION的巧克力棒大?。╝ chocolate-bar-sized）的設(shè)備，直接對(duì)RNA進(jìn)行測(cè)序。這項(xiàng)研究著眼于信使RNA（一個(gè)傳遞來(lái)自DNA的信息以構(gòu)建蛋白質(zhì)的RNA分子家族）的轉(zhuǎn)錄物。
Barnes的團(tuán)隊(duì)將這種方法應(yīng)用于甲型流感的基因組，該基因組大約有13，500個(gè)RNA字母長(zhǎng)，由8個(gè)片段組成。值得一提的是，Barnes指出其團(tuán)隊(duì)的方法還沒(méi)有準(zhǔn)備好，這項(xiàng)工作需要大量的流感病毒，為了消除不可避免的測(cè)序錯(cuò)誤，原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)多次處理。但是基于納米孔技術(shù)的迅速發(fā)展，Barnes希望隨著進(jìn)一步的改進(jìn)，能將常規(guī)流感和其他RNA病毒的直接測(cè)序變成常規(guī)。
技術(shù)瓶頸
在Barnes和其他科學(xué)家的愿望清單中，最重要的是鑒定RNA化學(xué)修飾的方法。到目前為止，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了100多種，但他們幾乎不知道其中的大部分在做什么，而這很大程度上是因?yàn)椴豢赡軐?duì)它們進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的研究。
杜克大學(xué)的病毒學(xué)家Bryan Cullen說(shuō)：“對(duì)RNA被修飾的堿基進(jìn)行測(cè)序?qū)⑹?lsquo;一件大事’（a big deal）”。他的團(tuán)隊(duì)去年曾發(fā)現(xiàn)一種叫做m6A的標(biāo)簽似乎能在小鼠感染期間改變流感基因的表達(dá)，從而促進(jìn)病毒復(fù)制。“但目前檢測(cè)這些修飾的方法既費(fèi)時(shí)又昂貴。”他補(bǔ)充道。
盡管這些方法還不完善，但生物學(xué)家仍然對(duì)很快就能以天然形式對(duì)整個(gè)病毒基因組和其他RNA分子進(jìn)行測(cè)序的可能性感到興奮。“突然間，我們就有了這樣的技術(shù)，真是太神奇了。” Bryan總結(jié)道。
參考資料：
Flu virus finally sequenced in its native form
來(lái)源：生物探索
