对单个DNA分子的研究有助于我们深入理解遗传性疾病，并推动新药的研发。然而，迄今为止，逐个分析DNA分子仍然是一个极其缓慢的过程。来自代尔夫特理工大学和莱顿大学的生物物理学家们开发了一项技术，使得单个DNA分子的筛选速度提升了至少1000倍。借助这项技术，他们能够在一周内分析数百万个DNA分子，而不是耗费数年甚至数十年。这项研究成果已发表在《科学》期刊上。
莱顿大学的教授约翰·范·诺特指出：“DNA、RNA和蛋白质在调控我们身体细胞的所有过程方面扮演着关键角色。为了理解这些分子的功能失常，必须揭示它们的三维结构如何依赖于其序列，因此需要逐个分子进行测量。”然而，单分子测量既耗时又繁琐，且可能的序列变异数量庞大。”
序列：DNA由数百万个构建块以特定顺序串联而成。
从数十年缩短到几天
如今，科学家们开发了一种名为SPARXS（单分子平行分析快速探索序列空间）的创新工具，能够同时分析数百万个DNA分子。“传统技术每次只能探测一个序列，通常需要数小时的测量时间。而有了SPARXS，我们可以在一天到一周内完成数百万个分子的测量。如果没有SPARXS，这样的测量可能需要数年甚至几十年，”代尔夫特大学的教授Chirlmin Joo表示。
“SPARXS使我们能够研究大规模的序列库，为DNA的结构与功能如何依赖于序列提供了新的见解。此外，该技术还可以快速找到在纳米技术和个性化医疗等领域的最佳序列，”博士候选人Carolien Bastiaanssen补充道。
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前所未有的结合
为了创造新的SPARXS技术，研究人员将两种以往从未结合过的现有技术进行了整合：单分子荧光和下一代Illumina测序。在第一种技术中，分子被荧光染料标记，并通过高灵敏度显微镜进行观察。后者则能够同时读取数百万个DNA序列。Joo表示：“我们花了一年的时间来验证这两种技术的可行性，又花了四年时间开发出有效的工作流程，接着又花了两年时间确保测量的准确性和一致性，同时处理大量数据。”
“当我们需要解析数据时，真正有趣的部分才开始，”第一作者伊沃·塞维林（Ivo Severins）说。“由于这些将单分子测量与测序结合的实验是全新的，我们并不知道会得到什么样的结果。”这需要在数据中进行大量的搜索，以发现相关性和模式，并揭示我们所观察到的模式背后的机制。”
应对数据处理的挑战
他们还必须克服另一个挑战，即处理海量数据，Van Noort补充道：“我们必须开发一个自动化且强大的分析管道。这尤其具有挑战性，因为单分子非常脆弱，只能发出微弱的光，这使得数据本身充满噪声。此外，所获得的数据并不能直接揭示序列如何影响DNA的结构和动力学，即使对于我们研究的相对简单的DNA结构也是如此。为了真正验证我们的理解，我们建立了一个模型，将我们对DNA结构的理解与实验数据进行比较。”
医学的进步
对DNA序列的更精确操作和理解可能会推动医学治疗的进步，例如更有效的基因治疗和个性化医疗。研究人员还预见到生物技术的创新，以及在分子层面上对生物学的更深入理解。Joo表示：“我们预计在未来5到10年内，基因研究、药物开发和生物技术方面的应用将会逐渐显现。”
本文是与代尔夫特理工大学合作撰写的。
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评论列表（4条）
我是的签约作者“svs”！
希望本篇文章《SPARXS技术以创纪录的速度揭示DNA行为》能对你有所帮助！
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