單分子實時測序示意圖。圖片來源：《自然·遺傳學》

美國格拉德斯通研究所團隊開發了兩種新的單分子分析工具，可將所需的DNA量減少90%至95%。該研究成果發表在最新一期《自然·遺傳學》雜志上，展示了這些工具如何幫助科學家解決他們以前無法回答的生物學問題。

單分子分析的黃金標準方法通常需要至少150000個人類細胞，其中包含數百萬個單個DNA分子。這意味著研究人員在只有幾千個細胞可用時，根本無法應用這些工具，例如在許多腫瘤活檢中。

團隊此次開發的新工具被稱為“單分子實時標記測序”（簡稱SMRT-Tag），它可同時繪制長DNA片段中的堿基序列，以及DNA長度上稱為甲基的化學結構位置。甲基在基因表達中起著關鍵作用，人們想要了解疾病，就需要了解它們在DNA上的配置方式。

團隊采用了全新“標記”方法，即利用細菌蛋白Tn5將DNA分子切割成更易于處理的片段，并用進一步分析所需的化學成分對其進行“標記”。研究面臨的挑戰是要讓“標記”能恰到好處地將少量DNA分解成約3000到5000個堿基對的長片段。他們用發夾狀結構“標記”每個片段的末端，形成便于測序儀讀取的長DNA環。

研究證明，SMRT-Tag方法的性能與此前方法一樣好，但使用的DNA量要少得多，相當于在10000個細胞中發現的DNA量。

接下來，團隊將SMRT-Tag與他們之前開發的名為SAMOSA方法結合起來。SAMOSA可揭示基因表達機制如何輕松訪問不同DNA片段。為了證明全新的“SAMOSA-Tag”工具的能力，他們將其應用于前列腺癌細胞（一些來自患者的初始腫瘤，一些來自已擴散到身體不同位置的腫瘤），這些細胞已被移植并在小鼠體內生長。該方法成功揭示了染色質可及性差異，這暗示了癌癥轉移的可能關鍵驅動因素。

總編輯圈點

近年來，科學家借助能以單分子分辨率研究人體DNA的技術，極大地增進了對人類基因組、微生物組和疾病遺傳基礎的了解。通過如此詳細的DNA視圖，人們可看到早期測序技術無法檢測到的遺傳變異和結構細節，也可以對此前“無法下手”的少量樣本深入分析。這一升級到新水平的老技術，正在成為人類治療疾病、改善健康的利器。