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北大等研究成果或将提供灵敏简单的新型冠状病毒测序手段
2020-02-04 爱科学爱自然

  近日,北京大学的黄岩谊和谢晓亮研究团队联合清华大学王建斌研究团队在国际权威学术期刊《美国科学院院刊》发布研究论文,称已开发出名为SHERRY的转录组测序快速建库新方法,这一方法有望助力于新型冠状病毒的测序。

  测序技术

  核糖核酸(RNA)是存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒中的遗传信息载体。目前,RNA测序技术已广泛应用于绘制物种转录组图谱、研究疾病分子调控机制等方向。

  据了解,针对不同研究需求,不同起始量的RNA需采用不同的RNA扩增方法,但目前常见的扩增方法大多操作繁复、耗时长,不利于多样本的实验。对于微量样本的检测,也存在很多技术挑战。

  北京大学的黄岩谊和谢晓亮研究团队联合清华大学王建斌研究团队该研究开发了一种新的基于Tn5转座酶的转录组测序快速建库方法,将大大简化了建库的过程,同时对样品的用量还很小。

  该研究成果不仅可以用于高质量的单细胞转录组测序,而且对包括目前正在肆意蔓延的冠状病毒等样本的测序质量和速度或许也将有大大的提升。与谢晓亮教授此前发表的MALBAC、LIANTI等方法一样,研究团队继续以红酒的名字来命名,并起名为SHERRY(Sequencing HEteRo RNA-DNA-hYbrid )。

  SHERRY流程仅需五步、四小时

  基于SHERRY方法的转录组测序建库流程如图1所示,样本可以来自裂解的单细胞或bulk RNA;RNA分子经过oligo-dT 引物的反转录后,RNA/DNA杂合链可直接被Tn5转座酶打断(图中灰色的波浪线及直线分别代表RNA及DNA分子);在Tagmentation之后,转座酶会在杂合链两端加上adaptor接头,进行之后的建库PCR扩增。

  图1 SHERRY转录组测序建库流程

  基于100pg的RNA起始量,SHERRY表现出了高的read匹配率,同时可检测出近9000个基因,其中72%的基因可在三个重复样本中检测出,可重复性较好。与目前普遍应用于单细胞转录组测序的Smart-seq2技术相比,SHERRY与其建库质量不相上下,并且具较低的GC bias。

  此外,根据课题组成员北京大学黄岩谊教授和清华大学王建斌研究员介绍,实验结果表明,SHERRY建库质量较好,对碱基序列表现出了较高的均衡率,且操作流程简单,整个流程仅需要5个步骤,可在一个试管中完成,时间仅约4小时,其中手工操作时间不到半小时。

  相比之下,Smart-seq2整个耗时约为SHERRY二倍的时间,且需要一些前处理等操作;此外,包含十个步骤的NEBNext方法则需要更加多的实验室操作和时间成本。值得一提的是,在成本方面,SHERRY方法仅为其他两种方法的五分之一,将大大节省实验成本。

  图2 Smart-seq2, SHERRY 及NEBNext流程及成本比较

  SHERRY首个临床应用——新型冠状病毒

  文章通讯作者之一,北京大学生物医学前沿创新中心主任谢晓亮教授表示,新方法应用广泛,但当下研究团队的首个临床应用是对新型冠状病毒感染者进行测序。

  新型冠状病毒属于RNA病毒,其序列已被中国科学家测出。与现有的RNA测序建库方法相比,SHERRY更灵敏、更简单,这对检测和分析十分重要。

  谢晓亮教授表示,其团队目前正在夜以继日、争分夺秒地攻关,希望提供更好的新型冠状病毒的测序方法,服务于疫情防控。

  据介绍,该论文的两位共同第一作者是北京大学生物医学前沿创新中心(BIOPIC)的博士研究生狄琳和傅语思,大部分的实验工作在清华大学和北京大学合作下完成。这一工作的合作者还包括南京师范大学王冠博教授、美国XGen公司劳开勤博士团队以及美国加州大学圣地亚哥分校王栋教授团队。该工作得到了国家自然科学基金、国家科技部、北京未来基因诊断高精尖创新中心(ICG)、北京结构生物学高精尖创新中心、北大-清华生命科学联合中心、北京脑科学计划以及深圳湾实验室的支持。

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