세계 보건기구 (WHO)에 따르면 “이머징 병은 처음으로 인구에 나타 났거나 이전에 존재했을 수도 있지만 발생률이나 지리적 범위가 급속하게 증가하고있는 질병입니다.”가장 최근 우려 사항 중 하나는 Aida의 속에서 감염된 모기와 관련된 Zika 바이러스입니다. 그러한 모기에 물린 성인은 감염을 의심 할만큼 나빠질 수는 없으며 사망은 극히 드뭅니다. 그러나 감염된 모기 중 하나가 임산부를 물면, 소두증을 포함하여 태아의 뇌에 결함을 유발할 수 있습니다. 과학자들은 1947 년 Zika 바이러스를 발견했지만 실제로 지난 몇 년 동안 전파되기 시작했습니다. 예를 들어, 미국 질병 통제 예방 센터 (CDC)는 웹 사이트에 “2016 년 2 월 1 일, 세계 보건기구 (WHO)는 Zika 바이러스를 PHEIC (Public Health Emergency of International Concern)로 선언했다. 현지 전송은 다른 많은 국가 및 지역에서보고되었습니다. Zika 바이러스는 앞으로도 새로운 영역으로 퍼져 나갈 것 “이라고 말했다.이 신흥 질병과 다른 사람들은 과학자와 임상의가 질병의 가능한 한 많은 세부 사항을 알게되어 유전자 시퀀싱이 그 작용 메커니즘을 밝혀 내고 치료법 개발을 안내 할 수있다.
New England Biolabs (NEB)의 직원 과학자 인 Jeremy Foster는 “병원체의 게놈의 비밀을 밝혀 내면 새로운 진단 도구, 백신 접종법 및 화학 요법 접근법의 개발 가능성을 높일 수 있습니다.”라고 말하면서 ” 지리적 위치가 다른 여러 병원체의 여러 균주에 대해 집단의 유전 적 다양성에 대한 질문과 약물이 마약 압력과 같은 요인에 어떻게 반응하는지에 대해 조사 할 수 있습니다.
Pacific Biosciences의 Jonas Korlach 수석 과학 책임자는 “주요 이점 중 하나는 시퀀싱이 가설이없는 방법이라는 것입니다. 당신은 당신이 찾고있는 것을 알 필요가 없습니다. “유전자 서열은 질병의 근원에 대한 완벽한 청사진을 제공합니다.
간단히 말해서, 과학자들이 질병에 대해 더 많이 알수록, 효과적으로 치료하는 방법을 배울 가능성이 높아집니다.
시퀀싱 선택
시퀀싱 자체는 새로운 기술이 아닙니다. 1977 년 영국의 생화학자인 Frederick Sanger는 현재 Sanger sequencing으로 알려진 방법을 개발했습니다.이 방법은 일반적으로 최대 약 1,000 염기의 가닥에 유전적인 “문자”를 생성합니다. 그런 다음, 분석 소프트웨어는 전체 게놈을 구축하기 위해 함께 조각을 넣습니다. 많은 과학자들이 여전히이 기법을 사용하고 있지만, 새로운 방법은 더 빠르게 작동하고 더 긴 DNA 가닥을 읽습니다.
차세대 시퀀싱 ( NGS )은 더 빠르며 수많은 NGS 방법이 존재합니다. 많은 과학자들은 Illumina의 시스템을 사용합니다. 따라서 10x Genomics의 CEO이자 공동 창립자 인 Serge Saxonov와 그의 동료들은 Illumina 시스템의 상류로 이동하는 미세 유체 플랫폼을 개발했습니다. “이것은 Illumina 시퀀서가 읽을 수있는 짧은 DNA 조각을 생성하고, 조각의 출처에 대한 정보를 포함합니다. 그리고 나서 우리의 소프트웨어는 염기 서열 분석 후에 모든 것을 하나로 모은다. “라고 Saxonov는 설명했다. 따라서 Illumina 시스템을 사용하는 방법을 아는 사람이라면 10x Genomics 기술을 추가하는 데 많은 교육이 필요하지 않습니다. Saxonov는 “기존 워크 플로의 중단을 최소화하고자했습니다.
일부 기술은 더 긴 시퀀스에서도 작동합니다. Pacific Biosciences의 기술은 평균 10,000 쌍 이상의 염기 서열을 생성합니다. 어떤 경우에는 완전한 바이러스 게놈 DNA 분자를 서열화하기에 충분히 길 수 있습니다. 2015 년 10 월, Pacific Biosciences는 후속 처리 기능을 제공하고 과학자가 쉽게 사용할 수있는 Sequel System을 출시했습니다. “샌프란시스코 캘리포니아 대학의 과학자들은 지카 바이러스가 세포를 감염시키는 방법을 조사하기 위해 우리의 기술을 사용하여 모기로부터 세포주를 서열화했다”고 코 러치는 말했다. “긴 독서는 모기 세포주 게놈의 훨씬 더 완전하고 훨씬 더 단편적인 그림을 나타냈다.”
해결해야 할 문제
강력하고 유익한 기술과 마찬가지로 NGS는 자체적 인 문제에 면역이되지 않습니다. “어떤 경우에는 샘플 가용성과 품질이 문제가됩니다.”라고 Korlach는 말합니다. “신생 질병이있는 분야는 쉽게 접근 할 수 없으므로 DNA를 얻는 것은 복잡 할 수 있습니다.”그는 DNA를 처리 할 장비를 사용할 수 없을 수도 있고 기후가 시료가 매우 빨리 분해 될 수 있다고 덧붙입니다 . “
또한 신호 대 잡음비는 낮을 수 있습니다. 포스터 (Foster)는 “신생 질병을 염기 서열로 분류하는 데는 많은 어려움이 있으며 포유류 DNA의 배경에 매우 제한된 양의 병원체 DNA에 대한 접근이 포함된다”고 말했다.
NEB의 선임 과학자 인 Barton Slatko는 다음과 같이 지적합니다. 여기에는 “시퀀싱 및 분석 비용, 적절한 위치에 훈련받은 개인, 관련 실험실로 코딩 된 자료의 정확한 전송, 생물 정보학 파이프 라인의 가용성 및 정보가 강력하고 관련성이 있음을 확인하는 것”이 포함됩니다. 첨단 시퀀싱 도구 신흥 질병을 식별하기에 충분하지 않습니다.
모든 핵산 호출
DNA와 RNA는 모두 신흥 질병을 이해하고 퇴치하기 위해 서열을 결정할 수 있습니다. “RNA 시퀀싱은 유전 기작을 이해하는데 도움이된다”고 오스트리아 비엔나 소재 Lexogen의 글로벌 과학 연락 담당자 Dalia Daujotyte가 말했다. “이것은 주어진 순간에 생물체의 상태를 보여 주므로 질병의 병인과 과정을 분석하는데 매우 중요합니다.”
Lexogen은 RNA sequencing으로 알려진 RNA sequencing에 중점을 둡니다. “RNAseq만이 새로운 전사, 융합 유전자, 전사 수준의 돌연변이를 발견하고 주석을 달 수 있으며 당연히 유전자 발현을 검출 할 수있는 능력을 가지고 있습니다”라고 Daujotyte는 말합니다. “후자는 마이크로 어레이를 사용하여 연구되었다. 그러나 신뢰할 수있는 RNAseq 라이브러리 준비 프로토콜, 새로운 시퀀싱 장비 및 비용 절감의 폭 넓은 선택이 RNAseq을 차동 유전자 발현 연구의 첫 번째 옵션으로 만들고 있습니다. “
특히, 차등 유전자 발현은 질병의 작용 메커니즘의 측면을 밝힐 수 있으며, 잠재적 인 약점을 치료로 공격 할 수 있습니다. 궁극적으로 DNA와 RNA 시퀀싱의 조합은 데이터 세트 하나만을 사용하는 것보다 많은 정보를 제공합니다.
게놈 세그먼트 사용
신생 질병 식별을 위해서는 풀 게놈 시퀀싱이 반드시 필요한 것은 아닙니다. Slatko에 따르면, “중합 효소 연쇄 반응 [ PCR ], 루프 – 매개 등온 증폭 [ LAMP ], 롤링 서클 증폭 [ RCA ] 또는 헬리 케이즈 – 의존적 증폭 [HDA] 과 같은 진단 프로브 또는 기술을위한 특정 핵산 서열을 신속하게 발견 할 수있다 위험에 처한 개인 및 인구를 조사하고 자원의 신속한 동원을위한 생물학적 및 인구 통계 학적 정보를 제공해야합니다. “이러한 기술은 식별 바이오 마커에 사용되는 관심 DNA 서열에 대한 지식에 의존합니다. 완전한 유전체 염기 서열 분석은 특히 게놈 서열 차이가 병원성 균주와 비병원성 균주를 구별하는 경우 특히 더 많은 정보를 제공합니다.
과학자들은 작거나 선택된 샘플로 작업하는 도구의 이점도 누릴 수 있습니다. 포스터는 “뉴 잉글랜드 바이오 랩 (New England Biolabs)은 시퀀싱 프로토콜을 간소화하고 소량의 핵산 입력으로 고품질 라이브러리를 생산하기 위해 끊임없이 노력하고있다”며 ” NEBNext Microbiome DNA Enrichment Kit 와 EpiMark Methylated DNA Enrichment Kit 라이브러리 구축에 앞서 포유류의 메틸 -CpG DNA에서 유래 한 대부분의 전염성 질병 인자의 메틸화가 심하지 않은 DNA가 풍부해질 수있다 “고 말했다. 마찬가지로 메틸화 의존성 제한 효소 인 Foster는 포유류 DNA의 높은 비율을 약 32 염기쌍의 크기로, 크기 선택에 따라 라이브러리 구성에서 제거 될 수 있습니다. “분석 이전에 샘플의 품질이 향상되었습니다.
Slatko 그 대상 농축 프로토콜-같은 추가 SeqCap 로슈 NimbleGen의에서 SureSelect 애질런트와의 NEBNext 직접 뉴 잉글랜드 Biolabs-에서 “사진 만 DNA 하나의보다 효율적인 라이브러리 준비에 원치 않는 DNA를 제거하기위한 매우 유용 할 것입니다 시퀀싱 관심 . “
전반적으로 핵심은 질병을 일으키는 유기체에 대해 가장 많은 정보를 얻은 다음 해당 정보를 사용하여 유기체를 이해하고 패배시키는 것입니다. DNA 서열 정보보다 그 목적에 더 좋은 것은 없습니다.
