新软件减少了基因测序的时间和成本

约翰霍普金斯大学的一个研究小组开发了一种新的软件，可以彻底改变DNA的测序方式，使从酵母基因组到癌症基因的任何定位都变得更快，更便宜。

该软件已在《自然生物技术》上发表过的一篇论文中进行了详细介绍，可与便携式测序设备一起使用，以提高进行基因检测和在实验室外进行诊断的能力。这项新技术无需进行样品制备，也无需像标准方法那样绘制周围的遗传物质图谱，即可靶向，收集和测序特定基因。

“我认为这将永远改变DNA测序的方式，”彭博社杰出的计算机科学与生物学副教授，该论文的高级作者迈克尔·夏茨（Michael C. Schatz）说。

新方法将描述基因突变的时间从15天或更多缩短到三天。这样一来，科学家几乎可以立即了解和诊断病情，同时通过消除准备工作和其他分析来节省时间和金钱。

Schatz说：“在癌症基因组学中，已知有几十个基因会增加患癌症的风险，但是通过标准测序运行，您必须对整个基因组进行测序才能读取这几个基因。” “选择并选择我们要读取的分子，可以跳过的分子。”

为了提供某种感觉，本发明可以加快排序速度，Schatz将其与在Netflix上查找电影联系起来。标准的排序方法将要求某人观看Netflix上每部电影的每一秒，以找到他们想要的东西。相反，自适应排序可通过快速识别不需要的电影并跳到下一个条目来消除观看无关内容的时间。

开源软件的算法是由第一作者约翰·霍普金斯大学的博士生Sam Kovaka编写的。它的首字母缩写UNCALLED代表纳米孔电流比对大范围DNA的实用程序。

Kovaka说，编码，开发和测试该软件花了两年时间，又花了一年时间对其进行完善以产生值得发布的结果。

他补充说：“ UNCALLED在靶向测序方面提供了前所未有的灵活性。”“它完全基于软件这一事实意味着，与常规测序运行相比，研究人员可以靶向任何基因组区域而无需增加成本，并且他们可以通过运行不同的命令轻松地改变靶点。”

当分子穿过微小的带电孔或“纳米孔”时，该过程就可以识别它们，这些分子称为纳米孔定序器，这是实验室使用的笨重机器的智能手机大小版本。该软件会读取数据，并在不到一秒钟的时间内将其与指定基因组的参考序列进行对照。允许所需的分子通过孔，以完全标绘。但是，如果检测到不良分子，该软件会反转纳米孔中的电压，以物理方式弹出该分子以为下一分子腾出空间。

“就像一个夜总会的门卫，允许名单上的想要的客人进入，而用Taser拒绝其余的客人，” Schatz解释说。

研究小组进行了两次UNCALLED示范。

第一个结果表明，该软件能够通过便携式测序仪一次运行即可快速而准确地分析其所有变异，从而能够增强已知会增加癌症风险的148个基因的测序。该软件可以实时对癌症基因中数十种复杂的结构突变进行实时分类，而这些基因突变是标准运行可能会漏掉的。

然后，该团队演示了该软件如何选择性地对从环境中收集的某些物种进行测序，例如生活在皮肤上或池塘水中的微生物。通过排除已知微生物（例如大肠杆菌）中的分子，该软件能够有效地对其余分子进行测序，从而揭示了一个鲜为人知的酵母基因组。

UNCALLED可以在用于纳米孔测序的标准硬件上运行，而无需特殊的试剂或促进剂。要测序的基因或基因组的选择完全在软件中控制，可以随时更改。

参考：Sam Kovaka，Yunfan Fan，Bohan Ni，Winston Timp和Michael C.Schatz，“通过用UNCALLED实时映射原始电信号进行靶向纳米孔测序”，自然生物技术公司，2020年11月30日。
10.1038 / s41587-020-0731-9

该研究团队还包括生物医学工程学教授温斯顿·廷珀（Winston Timpand）的博士生之一，范云帆，以及与Schatz合作的计算机科学博士生Bohan Ni。该研究部分由美国国家科学基金会（National Science Foundation）资助DBI-1350041和美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）资助R01HB009190资助。