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納米測序可研究未分裂細胞基因突變

來源:科技日報 2021-05-06 08:03中投網 A-A+

   英國維康桑格研究所的科學家發明了一種名為納米測序的新方法,能以迄今最高的準確率研究人類組織中的基因變化是如何發生的。這項成果代表著癌癥和衰老研究的重大進展,發表在最新一期《自然》雜志上。

  人體內的組織由分裂細胞和非分裂細胞組成。干細胞在人的一生中不斷更新,負責提供未分裂的細胞來維持身體運轉。人體中的絕大多數細胞是不分裂的,或者很少分裂,例如血液中的粒細胞,每天可產生數十億個,壽命非常短;還有大腦中的神經元,壽命更長。

  隨著年齡增長,人體細胞會發生基因變化,也就是所謂的體細胞突變。細胞每年會有大約15—40個突變,這是一個自然過程。這些突變中的大多數是無害的,但其中一些可能會導致細胞走向癌變。

  近年來,新技術使科學家能夠研究健康組織的干細胞的突變。但到目前為止,基因組測序還不夠準確,無法研究未分裂細胞中的新突變,這意味著人們無法準確觀察到絕大多數體細胞中的突變。

  在本研究中,研究人員嘗試改進一種名為雙重測序的先進測序方法,以搜索雙鏈序列數據中的錯誤,發現這些錯誤集中在DNA片段的末端。他們還改進了DNA制備過程,使用特定的酶更干凈地切割DNA,使準確率不斷提高,直到實現每10億個DNA字母中錯誤低于5個。

  研究人員表示,現在他們能夠準確地研究任何組織中的體細胞突變。利用該方法,他們比較了幾種人體組織類型中干細胞和未分裂細胞的突變率和突變模式。通過對血細胞的分析發現,在緩慢分裂的干細胞和更快分裂的祖細胞中,突變的數量相似。這表明細胞分裂不是導致血細胞突變的主要機制。對沒有分裂的神經元和很少分裂的肌肉細胞的分析也表明,突變在沒有細胞分裂的細胞中終生積累,其速度與血液中的細胞相似。

  論文第一作者費德里科·阿巴斯卡爾博士說:“人們通常認為,細胞分裂是導致體細胞突變的主要因素,分裂次數越多,產生的突變數量就越多。但我們的分析發現,分裂多次的血細胞具有相同的突變率和突變模式。這改變了我們對突變的看法,表明除了細胞分裂之外,其他生物機制也是突變的關鍵。”

  他們還利用該方法研究了血液、結腸、大腦和肌肉樣本,結果挑戰了細胞分裂是驅動基因變化主要機制的觀點。新方法為癌癥和衰老研究開辟了新途徑,例如研究煙草或紫外線等已知致癌物對細胞的影響,發現新的致癌物等。這樣的研究可以加深人們對生活方式選擇和接觸致癌物如何導致癌癥的理解。

  此外,該方法使研究人員能以非侵入方式收集組織樣本,如刮皮膚或擦拭喉嚨等。

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