科学家从头开始组装Zika病毒蚊子基因组

 莱斯大学，  得克萨斯州儿童医院  和美国麻省理工学院和哈佛广泛研究所的贝勒医学院的一个团队   开发了一种新的基因组序列，可以组装生物体的基因组，  完全从零开始，便宜得多，速度更快。虽然医学上所谓的“1000美元基因组”有很多兴奋剂，但是当医生点击患者的DNA序列时，该测试只是将来自患者的DNA片段与参考基因组进行比较。从头开始产生参考基因组的任务是完全不同的事情; 例如，原始人类基因组计划花费了10年，花费了40亿美元。从头开始快速，轻松地产生参考基因组的能力将为从患者到肿瘤到地球上所有物种的一切创造参考基因组打开大门。今天在  科学界，多机构团队报告了一种称为3D基因组装置的方法，可以从零开始创建一个完全从零开始的人参考基因组，价值不到1万美元。

为了说明3D基因组装配的力量，研究人员组装了 携带Zika病毒的伊蚊伊蚊的12亿字母基因组  ，产生了其三条染色体中每条染色体的第一个端对端装配体。新的基因组将使科学家能够通过识别病毒传播的蚊子的脆弱性来更好地打击Zika疫情。

人类基因组是一系列60亿个化学名字，称为碱基对，分为23对染色体。尽管DNA测序成本下降，但从头开始确定每个染色体的序列，一个称为从头  基因组装配的过程  依然非常昂贵，因为染色体长达数亿个碱基对。相比之下，今天便宜的DNA测序技术可以产生短读数，或是DNA序列的百对双链片段，这些片段被设计为与现有参考基因组进行比较。实际上产生参考基因组并组装所有这些长染色体涉及组合许多不同的技术，花费数十万美元。不幸的是，因为人类基因组彼此不同，所以在诊断不同人的过程中使用从一个人生成的参考基因组可以掩盖负责患者状况的真正遗传变化。

德克萨斯州儿科全球健康计划的医生科学家Aviva Presser Aiden博士说：“作为医生，我们有时会遇到我们知道的患者必须进行某种遗传改变，但是我们无法确定它是什么  。儿童医院，以及新研究的合着者。“要弄清楚发生了什么，我们需要能够报告病人整个基因组的技术。但是，我们也不能在每个病人的基因组上花费数百万美元。“

为了应对挑战，该团队开发了一种称为3D装配的新方法，它通过研究染色体如何在细胞核内折叠来确定每个染色体的序列。

贝勒医学院基因组建筑中心的博士后研究员Olga Dudchenko说：“我们的方法与传统的基因组装配有很大不同。“几年前，我们的团队开发了一种实验方法，使我们能够确定2米长的人类基因组如何折叠以适应人类细胞的核内。在这项新的研究中，我们显示，正如这些折叠图跟踪基因组的轮廓，因为它折叠在核内，它们也可以引导我们完成序列本身。

通过仔细追踪基因组的折叠，团队发现他们可以将数千万个短DNA读数拼接到整个染色体的序列中。由于该方法只使用快速读取，它极大地降低了成本  从头  的基因组组装，这可能会加快利用  日重新在临床基因组。“使用3D装配从头开始对病人的基因组进行测序是如此便宜，以至于成本与MRI相当。”Dudchenko也是莱斯大学理论生物物理中心的研究员。“   为病人创造一个从头基因组已经变得现实了”。

与今天临床使用的遗传检测不同，   患者基因组的新生组装不依赖于人类基因组计划生成的参考基因组。“我们的新方法不依赖于以前关于个体或被排序的物种的知识，”Dudchenko说。“就像能够根据你想要的任何人进行人类基因组计划。

贝勒基因组建筑中心主任Erez Lieberman Aiden博士说，“或者你想要的是什么，”  新作的作者。“因为基因组从头开始，3D装配可以应用于各种各样的物种，从灰熊到番茄植物。这很简单。一个有活力的高中生，可以使用附近的生物实验室，可以组合一个实际物种的参考质量基因组，如蝴蝶，用于科学展览项目的费用。“

随着艾滋病埃及伊蚊携带的Zika病毒的爆发，这一努力也愈加紧迫   。研究人员希望使用蚊子的基因组来确定打击这种疾病的策略，但是  伊蚊基因组尚未得到很好的表征，其染色体比人类长得多。

“我们一直在讨论这些想法，在这里编写了一大堆代码，在那里做一个原则上的汇编，”Lieberman Aiden还是Rice的计算机科学和Baylor的分子和人类遗传学助理教授理论生物物理中心研究员。“所以我们有一个埃及伊蚊的装配数据   只是坐在我们的电脑上。突然，Zika病毒爆发了，基因组学界被激起了对艾滋病的  追求。那是一个转折点。“

 Dizchenko说：“随着Zika爆发，我们知道我们需要竭尽全力分享  伊蚊基因组装配和我们的方法，尽快。” “这个  从头  基因组组装只是与Zika的战斗的第一步，但它是可以帮助信息社区更广泛的努力。”

该团队还汇编了西兰尼  病毒的主要载体Culex quinquefasciatus蚊子的基因组  。 Lieberman Aiden说：“ 库莱克是另一个重要的基因组，因为它负责传播这么多疾病。“但是，试图猜测什么基因组将提前关键是不是一个好的计划。相反，我们需要能够快速响应意外事件。无论是医疗紧急病人还是疫情爆发，这些方法将使我们能够 在几天内组装  从头基因组学，而不是几年。“

这项工作的其他贡献者包括Sanjit Batra，Arina Omer，Sarah Nyquist，Marie Hoeger，Neva Durand，Muhammad Shamim，Ido Machol，以及贝勒和赖斯大学基因组建筑中心，以及麻省理工学院广泛研究所的Eric Lander和哈佛。有关该项目的资助机构的完整列表，请点击此处。

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