Разработана новая технология расшифровки "надгеномной" информации, Hi-Tech

Схематичное изображение метилирования ДНК по цитозину. Изображение с сайта scq.ubc.ca

Ученые разработали новую технологию расшифровки эпигенетической информации - "надстроек" хромосомной ДНК, которые не определяются традиционными методами, однако оказывают существенное влияние на реализацию записанных в ДНК данных. Работа исследователей из компании Pacific Biosciences опубликована в журнале Nature Methods.

Наука эпигенетика начала активно развиваться в конце прошлого столетия, когда ученые начали понимать, что наследственная информация заложена не только в самой последовательности ДНК, но также в определенных модификациях отдельных "букв" - нуклеотидов. Например, добавление метильной группы - CH₃ - часто приводит к инактивации модифицированного участка ДНК.

До сих пор у исследователей не было "потокового" метода работы с эпигеномом - измененные нуклеотиды отыскивались фактически вручную. Наиболее распространенная технология поиска метильных групп, например, заключалась в следующем: образцы ДНК химически модифицировались так, что неметилированные нуклеотиды (конкретно - цитозин) превращались в другой тип нуклеотидов - урацил. В норме ДНК не содержит цитозин, поэтому после определения последовательности исследователи могли узнать, какие цитозины содержат метильную группу, а какие - нет. Однако этот способ имеет несколько серьезных недостатков - во-первых, он весьма затратен и требует времени, во-вторых, не позволяет находить метилированные аденины (такая модификация очень распространена, например, у бактерий), а в-третьих, химическая обработка повреждает ДНК и снижает точность расшифровки.

Авторы новой работы предложили принципиально иной способ поиска эпигенетических модификаций. Он основан на использовании флуоресцентных меток - в ходе определения фермент ДНК-полимераза создает копию изучаемой цепи ДНК из находящихся в реакционной смеси нуклеотидов, к которым присоединены флуоресцентные "довески". Каждый из четырех нуклеотидов, входящих в состав ДНК (аденин, цитозин, гуанин и тимин), флуоресцирует собственным цветом, поэтому ученые могут определить последовательность новосинтезированной нити ДНК при помощи специального сканера. О наличии метилированных нуклеотидов ученые судят по изменению времени следующей вспышки, означающей, что фермент включил в цепь очередной нуклеотид.

Новая технология позволяет очень быстро определять, какие нуклеотиды в ДНК несут метильную группу. Однако пока исследователи смогли приспособить методику не для всех типов метилирования, и, кроме того, она не позволяет определять наличие метилирования на длинных отрезках ДНК - лучше всего технология работает для фрагментов длиной менее тысячи нуклеотидов. Для того чтобы получить полногеномную карту метилирования, ученым в качестве "исходного материала" необходимо иметь отрезки ДНК длиной от восьми до десяти тысяч нуклеотидов.

В обозримом будущем специалисты намерены устранить недостатки своего метода. Тем не менее, компания Pacific Biosciences планирует начать выпуск приборов, определяющих последовательность ДНК при помощи новой технологии, уже в 2010 году, а в 2011 году исследователи рассчитывают запустить линию приборов, которые могли бы определять наличие метильных групп.

В настоящее время ученые, занимающиеся эпигенетикой, показали, что изменение надгеномных модификаций чрезвычайно важно для протекания многих важных процессов в организме, в частности при развитии рака. Помимо модификаций ДНК эпигенетические изменения затрагивают белки, связанные с нуклеиновыми кислотами.