利用TruSPADES方法顯著改善宏基因組測序

在一項新的研究中，來自俄羅斯圣彼得堡國立大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種方法極大地改善人們對實驗室中不能培養(yǎng)的有機體---如生活在人胃腸道中的微生物，或者生活在海洋深處的細菌---的DNA進行測序的能力。相關(guān)研究結(jié)果于2016年2月1日在線發(fā)表在Nature Methods期刊上，論文標(biāo)題為“TruSPAdes: barcode assembly of TruSeq synthetic long reads”。

這種被稱作TruSPADES的方法通過計算機將來自Illumina公司的機器產(chǎn)生的長300個堿基對的短測序片段(short reads)組裝成所謂的合成長測序片段(synthetic long reads)，這些合成長測序片段是基因組中長大約10,000個堿基對的片段。

研究人員說，使用這些合成長測序片段而不是短測序片段組裝基因組就好比是使用整個章節(jié)而不是單個句子來組裝一本書。因此，人們有強烈的動機利用長測序片段改進測序。

論文作者Pavel Pevzner教授說，“這是下一代測序技術(shù)。它將對宏基因組測序的操作應(yīng)用產(chǎn)生深刻影響。”

當(dāng)前，作為長測序片段測序市場的*，Pacific Biosciences公司和Oxford Nanopore公司產(chǎn)生的長測序片段是不準(zhǔn)確的，而且很難用于解決復(fù)雜的測序問題，如組裝宏基因組(metagenome)，其中宏基因組可以指的是從自然環(huán)境取樣的全部微生物的基因組，也可以指的是從自然環(huán)境取樣的全部微生物。相比之下，這種合成長測序片段的準(zhǔn)確性提高了100倍，而且能夠大規(guī)模地快速產(chǎn)生從而覆蓋宏基因組中的大部分細菌。

為了開發(fā)這種新的方法，研究人員獲取攜帶條形碼的長100～300個堿基對的短測序片段。他們?nèi)缓罄靡环N在短測序片段測序(short read sequencing)中經(jīng)常使用的被稱作德布魯因圖(de Brujin graph)的方法描繪這些短測序片段，將它們組裝成合成長測序片段。這種德布魯因圖允許研究人員確定哪些短測序片段連接在一起，從而組裝出更長更準(zhǔn)確的合成長測序片段。

接下來就是應(yīng)用這種方法研究包括從人微生物組到海洋微生物組在內(nèi)的多種微生物群落。Pevzner和另一名論文作者Anton Bankevich正在與來自美國克雷格文特爾研究所(J. Craig Venter Institute)的研究員Christopher Dupont合作開展這方面的研究工作。

宏基因組學(xué)特別充滿挑戰(zhàn)，這是因為研究人員需要研究生活在一個微生物群落中的好幾百種細菌，而不能研究其中的單個細菌菌種。當(dāng)研究人員從這種微生物群落中提取樣品并進行測序時，他們獲得的是來自這個群落中所有細菌基因組的片段。這非常像是試圖拼出好幾百個拼圖，但是并不知道哪些拼板屬于哪個拼圖。TruSPADES方法和合成長測序片段將有助研究人員拼出這些拼圖。

Dupont 說，“這種方法以更小的成本產(chǎn)生更好的結(jié)果。我們?nèi)缃裾诮M裝我們之前甚至還不知道它們存在的有機體的基因組。”