Более технически отображение генома используется, чтобы получить крупномасштабную геномную информацию с разрешением приблизительно 2 000 пар оснований (BP), в противоположность одно-основному разрешению упорядочивания. Геном, наносящий на карту ДНК дополнений упорядочивающее, предлагающее понимание огромных, неповрежденных молекул между 150 000 и 1 миллионом BP в длине. Получение измерений таких больших сегментов не без его проблем, но новое исследование физики отображения наноканала, изданного на этой неделе в журнале Biomicrofluidics, от AIP Publishing, может помочь преодолеть (буквальный) узел в технологии отображения генома процесса и прогресса.Команда исследователей из Миннесотского университета сотрудничала с Геномикой BioNano, компания, коммерциализирующая отображение генома в наноканалах, чтобы понять базовую физику, которая лежит в основе отображения, и используйте то понимание, чтобы улучшить технологию.
Геномика BioNano наносит на карту геномы, кодируя ДНК с определенными для последовательности, флуоресцентными этикетками прежде, чем ввести его в наноканалы, которые заставляют молекулу растягиваться. Структурная информация об отображении прочитана из растянутой ДНК.Узлы ДНК, однако, поместили бы петлю в этот метод, поскольку молекулярная путаница могла быть прочитана неправильно как структурное изменение в последовательности генома.
Чтобы лучше понять эти наноузлы, группа использует компьютерные моделирования для конфигураций наноканала модели ДНК и сравнивает предсказания с основанными на измерении характеристиками.«Мы посмотрели на вероятность, что ДНК сформирует узел в канале и предсказала размер узлов», сказал Кевин Дорфмен, член исследовательской группы и ведущий автор работы. «Это важно в отображении, потому что узлы могли быть неправильно характеризованы как изменения в структуре последовательности ДНК, когда на самом деле они – просто перестановки ДНК в канале».
Эта линия исследования поставила несколько проблем. Вероятность формирования узлов очень низкая, и молекулы, используемые в отображении генома, очень большие, требуя, чтобы команда придумала вычислительный трубопровод, способный к моделированию этой системы в обоих резолюция узлов, а также сегмента ДНК в целом.
«Предыдущая работа над соединением узлом ДНК в этих типах наноканалов посмотрела на молекулы, которые были почти порядком величины, меньшим, чем те в нашем исследовании», сказал Дорфмен. Другая проблема, с которой столкнулась команда, обрабатывала терабайты данных из миллионов цепей ДНК, которые были произведены, чтобы получить значащую статистику.Цель этого исследования состояла в том, чтобы видеть, согласовывались ли предсказания модели соединения узлом с яркими пятнами, наблюдаемыми во время экспериментов, которые могли бы быть узлами на Молекуле ДНК.«Мы нашли, что результаты эксперимента не согласовываются с равновесием статистическая механика, означая, что узлы в экспериментах могут не на самом деле быть узлами – в то время как способ, которым данные были обработаны в экспериментах, предлагает много потенциальных событий соединения узлом, мы не можем окончательно идентифицировать эти события как узлы», сказал Дорфмен.
Чтобы обратиться к несоответствию между экспериментами и моделированиями, группа должна будет возвратиться к экспериментам, собирая динамические данные от движения узлов.«Динамическая информация может дать нам очень важное понимание о структуре ДНК в канале, и потенциально позволить нам говорить, являются ли узлы, действительно, узлами», сказал Дорфмен.Так как формирование узла очень редко, приобретая огромные наборы данных, показывая их, чтобы определить местонахождение возможно связанной узлом ДНК, затем анализ тех Молекул ДНК подробно необходим.
Работа показала, однако, что эти узлы не внутренняя проблема в отображении генома. Если бы формирование узла было частым, это сделало бы обработку данных об отображении генома намного более сложной.
Если очевидные узлы в экспериментах прибывают из некоторых других источников, то они могут быть удалены, изменив другие части экспериментального протокола.