Біологи навчилися точно підраховувати кількість молекул ДНК і РНК

Шведські і фінські біологи розробили методику, яка дає змогу помітити будь-яку молекулу РНК або ДНК і визначити їх загальну кількість, не перераховуючи всі молекули в розчині, що значно збільшить точність всіх сучасних технологій читання і копіювання переносників генетичної інформації.

Юссі Тайпале з Каролінського університету в Стокгольмі спільно з колегами опублікували "рецепт" цієї технології та підсумки її першої перевірки на практиці в статті в журналі Nature Methods.

Тайпале і його колеги створили кілька типів унікальних ідентифікаторів молекули, за допомогою яких можна визначити походження молекули і її копій.

Однією з таких "бірок" виступав випадково складений фрагмент ДНК, які вчені приєднували до уривків аналізованої ланцюжка. Другий вид ідентифікатора міститься в самій молекулі – вчені просто розбивають її на короткі ланцюжки нуклеотидів, будівельних "цеглинок" ДНК і зчитують довільний ділянку в кожному сегменті.

Учені перевірили свою методику наступним чином. Вони змішали рівну кількість геномної ДНК хлопчика, який страждає синдромом Дауна, і його матері і розбили суміш ДНК на частини хімічним шляхом. Біологи виділили зразок, в якому містився неповний набір фрагментів з кожного генома, і спробували відновити каріотип – набір ознак всього набору хромосом матері і її дитини за допомогою комп'ютера.

У статті наголошується, що класичний метод підрахунку фрагментів ДНК не показав того, що половина з них була отримана від хлопчика з трьома 21 хромосомами – основною ознакою синдрому Дауна.

З іншого боку, унікальні ідентифікатори в уривках ДНК дали правильні результати – підвищена кількість копій 21 хромосоми і невелика концентрація жіночої Х-хромосоми, яка є у всіх чоловіків тільки в одному екземплярі. Вчені зазначають, що точність підрахунку молекул ДНК зростає зі збільшенням глибини секвенування і кількості фрагментів в аналізованому зразку.

Потім біологи порівняли методи мічення. Кращими були визнані короткі мітки на кінцях фрагментів ДНК, оскільки такий варіант "бирок" можна застосовувати не тільки для аналізу цих молекул, але й для підрахунку РНК за один експеримент.

За допомогою цього методу вчені підрахували кількість різних фрагментів інформаційної РНК, виділеної з клітки мушки-дрозофіли.

Біологи використовували оригінальну молекулу РНК для збірки її копії у вигляді ДНК, розбили "зліпок" на фрагменти і приєднали до них ділянки-мітки з 10-ти випадково вибраних нуклеотидів. Після цього вони 25 разів розмножили отримані обривки ДНК і підрахували кількість фрагментів за допомогою власної і основний існуючої методики.

Класичний спосіб виявився досить неточним: у 8% генів кількість обривків не відповідала їх реальній кількості після розподілу оригінальної молекули на фрагменти. Унікальні ж ідентифікатори набагато краще впоралися з цим завданням – загальна точність прочитання становила 99%.

Дослідники вважають, що сумісність з більшістю сучасних технологій секвенування ДНК дасть змогу безболісно додати такі мітки в арсенал сучасної молекулярної біології. Крім того, методика застосовна для підрахунку і контролю над іншими типами біологічних молекул – білків, часток вірусів.