W „tradycyjnej” metodzie sekwencjonowania genomu, w celu otrzymania odpowiedniej do wykonania badania ilości DNA, należy wykorzystać tysiące lub więcej komórek. Oznacza to, że zmiany, które są obecne tylko w niewielkiej liczbie komórek, takie jak np. nowotworzenie komórek, mogą nie zostać wykryte. Metoda taka nie tylko ułatwiłaby etap pobierania materiału genetycznego, ale pozwoliłaby również na przeprowadzenie badania sekwencjonowania próbek, które dotychczas były „bezużyteczne” z uwagi na zbyt małą ilość komórek. ( np. skamienieliny, ślady przestępstwa, małe kawałki tkanek nowotworowych). Metodę sekwencjonowania genomu z pojedynczej komórki nazwano Multiple Annealing and Looping-Based Amplification Cycles (MALBAC). Odkryto ją na Uniwersytecie Harwardzkim.

Co prawda istniała już metoda sekwencjonowania genomu pojedynczych komórek przy użyciu techniki reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR)(technikę tę stosowano do wytworzenia ilości kopii DNA wystarczającej do przeprowadzenia procedury sekwencjonowania).Metoda sekwencjonowania genomu z wykorzystaniem techniki PCR pozwalała na otrzymanie wyników z ok40-70% dokładnością. Trudno było zwiększyć dokładność tej metody z uwagi na skłonność pewnych fragmentów genomu do łatwiejszego kopiowania w odróżnieniu od pozostałych. Oznacza to nie tylko pomniejszenie zakresu genomu, który można z powodzeniem sekwencjonować, ale także oznacza, że istnieją segmenty DNA, których kopiowanie jest trudniejsze, a przez to są one łatwiejsze do pominięcia.

Nowa metoda sekwencjonowania genomu polega na wyizolowaniu genomu z pojedynczej komórki. Dzięki metodzie MALBAC naukowcy są w stanie z pojedynczej ludzkiej komórki zsekwencjonować materiał genetyczny rzędu pikogramów (~ 10 do 100 kb) z jednej komórki. Wyizolowany materiał stanowi matryce do amplifikacji(powielania materiału genetycznego).W następnym etapie badany materiał genetyczny zostaje wprowadzony do mieszaniny reakcyjnej, w której najistotniejszym elementem są startery (krótkie odcinki DNA komplementarne do końców matrycy). Startery stanowią pulę krótkich odcinków DNA o losowej sekwencji nukleotydów. Charakterystyczną cechą dla stosowanych w tej metodzie starterów jest tok, że zawierają 27 nukleotydów o identycznej sekwencji oraz 8 różnych nukleotydów. Warunki prowadzenia kolejnych etapów (annealing i elongacja) należy dobrać w zależności od składników mieszaniny reakcyjnej.

Metoda ta charakteryzuje się 93%-ową wydajnością co znaczy że 93% amplifikowanego (powielonego z wykorzystaniem metody PCR) genomu pochodzącego z jednej komórki może zostać zsekwencjonowa.

Prace dotyczące opracowania metody sekwencjonowania całego organizmu z wykorzystaniem pojedynczej komórki na całym świecie prowadzono już od ponad dekady. Przełom, który nastąpił wraz ze wspomnianym odkryciem, wiąże się z ogromnymi możliwościami wykorzystania wspomnianej metody

Przykładowo wykorzystując opisaną technologię, laboratoria kryminalistyczne będą mogły zbadać próbki DNA, które dotychczas były zbyt małe, dzięki czemu przestępca zostanie zidentyfikowany. Wykorzystując wspomnianą metodę, próbki materiału genetycznego pochodzące od prehistorycznych przodków człowieka, mogą być należycie zbadane i przeanalizowane. Opisana metoda może stać się kluczem do zrozumienia historii człowieka. Możliwości wykorzystania tej metody są wręcz nieograniczone.

Donata Zaczyńska

Źródło:
Genome-Wide Detection of Single-Nucleotide and Copy-Number Variations of a Single Human Cell,Chenghang Zong, Sijia Lu, Alec R. Chapman,X. Sunney Xie,Science, 21 12. 2012, 338 ,6114, s. 1622-1626.