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北大等研究成果或將提供靈敏簡單的新型冠狀病毒測序手段
2020-02-04 愛科學愛自然

  近日,北京大學的黃巖誼和謝曉亮研究團隊聯合清華大學王建斌研究團隊在國際權威學術期刊《美國科學院院刊》發布研究論文,稱已開發出名為SHERRY的轉錄組測序快速建庫新方法,這一方法有望助力于新型冠狀病毒的測序。

  測序技術

  核糖核酸(RNA)是存在于生物細胞以及部分病毒、類病毒中的遺傳信息載體。目前,RNA測序技術已廣泛應用于繪制物種轉錄組圖譜、研究疾病分子調控機制等方向。

  據了解,針對不同研究需求,不同起始量的RNA需采用不同的RNA擴增方法,但目前常見的擴增方法大多操作繁復、耗時長,不利于多樣本的實驗。對于微量樣本的檢測,也存在很多技術挑戰。

  北京大學的黃巖誼和謝曉亮研究團隊聯合清華大學王建斌研究團隊該研究開發了一種新的基于Tn5轉座酶的轉錄組測序快速建庫方法,將大大簡化了建庫的過程,同時對樣品的用量還很小。

  該研究成果不僅可以用于高質量的單細胞轉錄組測序,而且對包括目前正在肆意蔓延的冠狀病毒等樣本的測序質量和速度或許也將有大大的提升。與謝曉亮教授此前發表的MALBAC、LIANTI等方法一樣,研究團隊繼續以紅酒的名字來命名,并起名為SHERRY(Sequencing HEteRo RNA-DNA-hYbrid )。

  SHERRY流程僅需五步、四小時

  基于SHERRY方法的轉錄組測序建庫流程如圖1所示,樣本可以來自裂解的單細胞或bulk RNA;RNA分子經過oligo-dT 引物的反轉錄后,RNA/DNA雜合鏈可直接被Tn5轉座酶打斷(圖中灰色的波浪線及直線分別代表RNA及DNA分子);在Tagmentation之后,轉座酶會在雜合鏈兩端加上adaptor接頭,進行之后的建庫PCR擴增。

  圖1 SHERRY轉錄組測序建庫流程

  基于100pg的RNA起始量,SHERRY表現出了高的read匹配率,同時可檢測出近9000個基因,其中72%的基因可在三個重復樣本中檢測出,可重復性較好。與目前普遍應用于單細胞轉錄組測序的Smart-seq2技術相比,SHERRY與其建庫質量不相上下,并且具較低的GC bias。

  此外,根據課題組成員北京大學黃巖誼教授和清華大學王建斌研究員介紹,實驗結果表明,SHERRY建庫質量較好,對堿基序列表現出了較高的均衡率,且操作流程簡單,整個流程僅需要5個步驟,可在一個試管中完成,時間僅約4小時,其中手工操作時間不到半小時。

  相比之下,Smart-seq2整個耗時約為SHERRY二倍的時間,且需要一些前處理等操作;此外,包含十個步驟的NEBNext方法則需要更加多的實驗室操作和時間成本。值得一提的是,在成本方面,SHERRY方法僅為其他兩種方法的五分之一,將大大節省實驗成本。

  圖2 Smart-seq2, SHERRY 及NEBNext流程及成本比較

  SHERRY首個臨床應用——新型冠狀病毒

  文章通訊作者之一,北京大學生物醫學前沿創新中心主任謝曉亮教授表示,新方法應用廣泛,但當下研究團隊的首個臨床應用是對新型冠狀病毒感染者進行測序。

  新型冠狀病毒屬于RNA病毒,其序列已被中國科學家測出。與現有的RNA測序建庫方法相比,SHERRY更靈敏、更簡單,這對檢測和分析十分重要。

  謝曉亮教授表示,其團隊目前正在夜以繼日、爭分奪秒地攻關,希望提供更好的新型冠狀病毒的測序方法,服務于疫情防控。

  據介紹,該論文的兩位共同第一作者是北京大學生物醫學前沿創新中心(BIOPIC)的博士研究生狄琳和傅語思,大部分的實驗工作在清華大學和北京大學合作下完成。這一工作的合作者還包括南京師范大學王冠博教授、美國XGen公司勞開勤博士團隊以及美國加州大學圣地亞哥分校王棟教授團隊。該工作得到了國家自然科學基金、國家科技部、北京未來基因診斷高精尖創新中心(ICG)、北京結構生物學高精尖創新中心、北大-清華生命科學聯合中心、北京腦科學計劃以及深圳灣實驗室的支持。

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