DNA條形碼可靠地工作改變生物醫(yī)學(xué)研究的游戲規(guī)則
就像你的雜貨上的條形碼幫助商店知道購(gòu)物車(chē)中的物品一樣,DNA條形碼幫助生物學(xué)家將遺傳標(biāo)簽附加到生物分子上,以便在研究過(guò)程中進(jìn)行自己的跟蹤,包括癌癥如何演變,器官如何發(fā)展或候選藥物實(shí)際工作。不幸的是,使用現(xiàn)有方法,許多DNA條形碼的可靠性問(wèn)題比您的角落雜貨店更糟糕。它們?cè)诖蠹s10%的時(shí)間內(nèi)包含錯(cuò)誤,使得解釋數(shù)據(jù)變得棘手并且限制了可以可靠地完成的實(shí)驗(yàn)類(lèi)型。
現(xiàn)在德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新的方法來(lái)糾正蔓延到DNA條形碼中的錯(cuò)誤,從而產(chǎn)生更準(zhǔn)確的結(jié)果,并為未來(lái)更雄心勃勃的醫(yī)學(xué)研究鋪平道路。
由博士后研究員John Hawkins,Bill Press教授和助理教授Ilya Finkelstein領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)證明,他們的新方法將條形碼的錯(cuò)誤率從10%降低到0.5%,同時(shí)工作速度非常快。他們描述了他們的方法,稱(chēng)為FREE(填充/截?cái)嘤叶司庉?條形碼,今天發(fā)表在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊上。
研究人員申請(qǐng)了一項(xiàng)專(zhuān)利,并且該方法可以免費(fèi)用于學(xué)術(shù)和非商業(yè)用途。
利用DNA條形碼,科學(xué)家們可以研究癌癥腫瘤如何進(jìn)化,而不僅僅是作為一個(gè)整體,而是作為大量的單個(gè)細(xì)胞集合,這些細(xì)胞的進(jìn)化方式不同,以揭示哪些細(xì)胞易受治療影響,哪些細(xì)胞不易治療。有興趣為受傷或生病的人種植替代器官的科學(xué)家可以使用DNA條形碼來(lái)更好地了解器官自然發(fā)育的方式。研究人員希望篩選出數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的潛在藥物,以找到與某種分子結(jié)合的藥物,從而具有治療疾病的潛力,可以使用DNA條形碼在大海撈針中找到眾所周知的針頭。
霍金斯說(shuō):“DNA條形碼是醫(yī)學(xué)和藥物開(kāi)發(fā)領(lǐng)域眾多前沿研究的一部分,能夠提高其中許多精確度和效率非常令人興奮。”“也許更令人興奮的是,現(xiàn)在有了這些更好的條形碼,這使我們能夠進(jìn)行更大,更雄心勃勃的實(shí)驗(yàn),這是以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。”
DNA條形碼包含一串短信,相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)特的代碼,使用DNA中的四個(gè)字母:A,C,G和T.這些條形碼粘在分子上,如細(xì)胞蛋白或候選藥物,作為一種方式記錄他們所有的去向,有時(shí)是數(shù)百萬(wàn),以及他們?nèi)绾闻c其他分子相互作用。然而,大約十分之一的時(shí)間會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤 - 例如一封信被錯(cuò)誤的字母取代,插入一封額外的字母,或者一封信被刪除 - 可能會(huì)影響關(guān)鍵生物醫(yī)學(xué)研究的結(jié)果。
這種新的糾錯(cuò)方法的關(guān)鍵之一是從頭開(kāi)始選擇正確的條形碼。這種方法涉及為每個(gè)條形碼選擇一串字母,這樣即使一個(gè)小的錯(cuò)誤在 - 例如,G代替C-它仍然更像是預(yù)期的條形碼而不是任何其他條形碼。該方法需要丟棄許多可能的字母串,但研究人員借用計(jì)算機(jī)科學(xué)的方法(稱(chēng)為球體包裝)來(lái)減少這種損失。
霍金斯說(shuō):“我的貢獻(xiàn)一直在設(shè)計(jì)一種找到這些條形碼的方法,即使它有錯(cuò)誤,你也知道它來(lái)自哪個(gè)原始條形碼。”
DNA條形碼的替代糾錯(cuò)方法,例如所謂的Levenshtein代碼,需要丟棄多達(dá)100倍的條形碼,與FREE方法一樣多,并且它們對(duì)結(jié)果的解碼速度要慢1000倍。因此,盡管現(xiàn)有技術(shù)幾乎不可能制造出具有數(shù)億個(gè)條形碼的項(xiàng)目,但新技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快速,準(zhǔn)確的結(jié)果。
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