與手電筒在黑暗的道路上航行時比最亮的蠟燭照亮更廣泛的區域類似，長讀基因組測序與短讀測序相比，能提供更清晰、更廣泛的DNA突變的基因組圖譜。最近發表在《細胞基因組學》上的、來自EMBL的新研究表明，長讀基因組測序能夠發現染色體結構重排的重要模式，而這些模式以前用癌症基因組學中常用的更常見的短讀測序方法是無法檢測到的。

由EMBL海德堡分院、德國癌症研究中心（DKFZ）和EMBL-EBI的研究人員共同領導的一項合作，應用了新技術，以一種有可能應用於臨床的方式利用長讀測序。

短讀與長讀測序

長期以來，科學家們主要利用短讀基因組測序技術來探索癌症的突變圖景。短讀基因組測序技術具有高通量，但只能生成許多短的DNA片段，隨後研究人員將其拼湊起來，用計算工具識別基因組中的突變。然而，研究人員懷疑，這種方法使一些突變模式沒有被發現。這就是為什麼他們尋求更好的方法來分析體細胞結構變異（SSVs）對細胞功能的影響。這些SSVs是大的DNA部分的重排（例如，缺失、複製等），已知與大多數致癌突變有關。

較新的長讀測序方法（如EMBL這項研究中使用的牛津納米孔）有可能提供一種以更好的方式檢測癌症基因組突變的方法。納米孔測序使研究人員能夠對長的DNA或RNA片段進行實時測序。它的工作原理是在核酸–DNA和RNA的組成成分–通過一個蛋白質納米孔時監測電流的變化。由此產生的信號通過計算進行解碼，以獲得特定的DNA或RNA序列。

與短讀測序相比，長讀測序的設備更小、更快，而且可以讀取更長的DNA鏈。因此，就像一個有更少而更大碎片的拼圖，這種序列更容易組裝。此外它還方便了研究人員了解癌症中表觀基因組的變化。

“我們知道，使用短線程測序，我們並沒有得到一個完整的畫面，”海德堡EMBL的Korbel研究小組的高級生物信息學家、《細胞基因組學》論文的主要作者Tobias Rausch說。”現在的技術已經到了一個地步，我們可以真正使用長線程測序，並發現所遺漏的東西。”

如何識別以前未發現的基因組模式

使用來自一個髓母細胞瘤–一種原發性兒童腦瘤在診斷時和治療後收集的細胞，研究人員能夠使用新的長讀序列分析方法來識別一種導致基因組中較長部分重新排列的新的突變模式，然後他們能夠在其他癌症類型中確認這種模式。

“從一開始，我們就明白，方法的開發需要成為我們工作的一個重要部分，”Rausch說。”我們如何才能在癌症基因組情況下最好地使用長線程測序？方法的提供是這個項目的一個重要部分，從中產生了一些工具，希望對更廣泛的社區有用”。

然而，除了方法之外，科學家們還能夠識別和命名一種相當複雜的模式，他們認為這種模式與癌症基因組中的一種特殊形式的突變有關，特別是在脂肪肉瘤中，這是一種罕見的，但有時是致命的癌症，以經常具有高度不穩定的基因組而聞名。以前，這種模式在短讀測序中沒有被發現。

Rausch所在的EMBL研究小組負責人Jan Korbel說：”在基因組測序中看到一種突變模式並不太令人驚訝，但僅用一個樣本就能做到這一點，而且是人們之前沒有看到的，這一點相當令人震驚。但那也是因為短讀測序無法將其拼湊起來。現在，我們能夠觀察到如此復雜的重排，並實際查看其內部結構。”

通過合作獲得重要的專業知識

研究過程的一個重要部分取決於EMBL內部的合作。這包括來自GeneCore的同事，他們在與合作者商議選擇正確的方法後提供了部分實際的測序，以及EMBL位於英國欣克斯頓的歐洲生物信息學研究所，他們提供了有關牛津納米孔測序的專業知識。

對於Korbel小組來說，與EMBL-EBI的同事們一起合作進行這個項目的討論始於近五年前，但只有當技術成熟到足以讓他們用這種長讀方法和後續分析工具來實現他們的科學願景時才能實現。

“長讀測序為查看基因組信息提供了一種新的方式–在結構變異和DNA修飾（如甲基化）方面，”EMBL副總幹事、EMBL-EBI聯合主任Ewan Birney說，他也是該項目合作的研究小組負責人之一。”看到這種新的突變過程被這種新技術所照亮，真是太好了”。

同樣，與DKFZ的合作不僅有助於採購組織樣本，還為這項工作帶來了重要的生物學見解。

展望未來

在確定了一個突變模式後，但只是在一個單一的樣本中，研究人員意識到需要對更大的隊列進行後續研究，以更好地了解該模式並確定它是否具有臨床意義。現在，用長讀基因組測序法研究的樣本非常少。

Korbel說：”現在對長讀測序確實有很多興奮之處。”我們已經計劃在更大的範圍內繼續我們的工作，通過這項工作，我們將再次依靠我們已經開始的合作–其中一些合作現在正在試點將這種長讀測序應用於臨床環境，一般來說，當測序參與時，病人的生存率往往更高。”