携带Zika病毒的蚊虫基因组绘制成功，重组人类基因组还会远吗？

来自莱斯大学贝勒医学院、德州儿童医院、麻省理工学院、哈佛大学研究所的科学家们声称，他们开发了一种新的方法来对基因组进行测序，并且省钱省时地从头组装生物体的基因组。

这个多机构团队报告了一种名为3D基因组重组的方法——这种方法可以从头组装人类基因组，并且价格低廉（低于10,000美元）。这将为创建从患者到肿瘤到地球上所有物种的基因组打开一扇新的大门。该团队将这项研究成果发表在Science杂志上（"De Novo Assembly of the Aedes aegypti Genome Using Hi-C Yields Chromosome-Length Scaffolds"）。

为了更好地阐释3D基因组重组，研究人员重组了携带Zika病毒的伊蚊的共12亿碱基对的基因组，首次为其三条染色体完成了的端-端重组。新的基因组将帮助科学家更好地识别Zika病毒的弱点从而攻克Zika病毒爆发。

尽管DNA测序的成本下降，但是由于体内染色体的长度长达数亿个碱基对，因此在从头组装的基因组中识别染色体的序列非常昂贵。相比之下，一些相对便宜的DNA测序技术每次可以读取几百个碱基对长的DNA片段的序列信息，进而与现有参考基因组进行比较。但是实际上，组装所有长染色体、重组基因组涉及到许多不同的技术，花费数十万美元；同时，由于人类基因组彼此不同，用一个参考基因组去分析其他患者的基因组，往往会掩盖真正造成患者病情的基因改变。

“作为医生，我们有时会遇到一些病人，我们确定他们的基因组肯定携带了某种遗传改变，但是我们无法弄清楚它是什么，” 德克萨斯儿童医院的医师-科学家、这项研究的共同作者Aviva Presser Aiden博士说，“要弄清楚基因组发生了什么改变，我们需要一种能够报告患者整个基因组的技术，但是在每个病人的基因组上花上数百万美元进行研究，这并不现实。”

为了解决这个困难，该团队开发了一种名为3D重组的新技术，该技术通过研究每条染色体在细胞核内如何折叠从而确定染色体的序列。 “我们的方法与传统的基因组重组有很大的不同，“贝勒医学院基因组结构中心的博士后研究员Olga Dudchenko博士说，“几年前，我们的团队开发了一种实验方法，使我们能够确定长达2米的基因组如何折叠以适应人类细胞核的空间。我们发现，通过追踪这些折叠在细胞核内的基因组不仅使我们得以窥探整个基因组的轮廓，也使我们得到基因组的序列信息。”

该团队通过仔细追踪折叠的基因组，成功将数千万个短DNA读本成功整合到整个染色体中。由于该方法只使用了短读本，因此大大降低了基因组从头重组的成本，这有可能加速临床上对于基因组治疗的运用。

“利用3D重组对患者基因组进行测序非常便宜，成本与MRI相当，”莱斯大学理论生物物理中心的研究员Dudchenko博士说，“因此，为患者制造从头的基因组已经变得现实。”

与今天临床使用的基因检测不同，患者基因组的从头组装不依赖于人类基因组计划生成的参考基因组。 “我们的新方法不依赖于以前关于个体或已测序的物种的知识，” Dudchenko博士指出，“我们的新方法就像一种任何人、任何时间都可以完成的【人类基因组计划】一样。”

“或者你想要的任何东西，”贝勒基因组结构中心主任、本研究的通讯作者Erez Lieberman Aiden博士补充说， “因为我们这项基因组组装技术是从零开始的3D装配，可以应用于各种物种，比如从灰熊到番茄植物。并且这项技术非常容易，一个可以进入附近生物实验室的高中生就可以组装一个实际物种的基因组，比如一只蝴蝶。”

随着伊蚊携带的Zika病毒的爆发，针对Zika病毒基因组的重组研究势在必行。研究人员希望使用蚊子的基因组来找到一种攻克这种疾病的方法，但是伊蚊基因组染色体序列还没有被人们识别出来，并且它的染色体比人类的染色体要长得多。

“这些年我们一直在讨论基因组重组的想法，写了一大堆代码，来验证组装原则的可行性，” 分子和人类遗传学助理教授、理论生物物理中心的高级研究员Lieberman博士解释说，“所以我们有一个一直存在于电脑程序中的伊蚊基因组的组装数据。突然有一天Zika病毒爆发了，于是我们开始着手进行伊蚊基因组的从头组装。这是一个转折点。”

“Zika病毒爆发后，我们知道，我们需要尽快地毫无保留地分享伊蚊基因组组装的方法，” Dudchenko博士说，“分享基因组的从头组装方法只是攻克Zika病毒战斗的第一步，但也是抛砖引玉的最重要的一步。

该研究团队还组装了西尼罗河病毒主要载体Culex quinquefasciatus蚊子的基因组。 “作为许多疾病的传播媒介，Culex的基因组也是一个重要的基因组。”Lieberman Aiden博士说：“但是当下最重要的不是试图预测下一个紧急情况的基因组是什么，而是提高快速应对意外事件的能力——无论是当医疗紧急情况、亦或流行性疾病的爆发的时候，这些方法应当能够在几天之内而不是几年之内，成功从头组装基因组。”

（转化医学网360zhyx.com）