与手电筒在黑暗的道路上航行时比最亮的蜡烛照亮更广泛的区域类似，长读基因组测序与短读测序相比，能提供更清晰、更广泛的DNA突变的基因组图谱。最近发表在《细胞基因组学》上的、来自EMBL的新研究表明，长读基因组测序能够发现染色体结构重排的重要模式，而这些模式以前用癌症基因组学中常用的更常见的短读测序方法是无法检测到的。

由EMBL海德堡分院、德国癌症研究中心（DKFZ）和EMBL-EBI的研究人员共同领导的一项合作，应用了新技术，以一种有可能应用于临床的方式利用长读测序。


短读与长读测序

长期以来，科学家们主要利用短读基因组测序技术来探索癌症的突变图景。短读基因组测序技术具有高通量，但只能生成许多短的DNA片段，随后研究人员将其拼凑起来，用计算工具识别基因组中的突变。然而，研究人员怀疑，这种方法使一些突变模式没有被发现。这就是为什么他们寻求更好的方法来分析体细胞结构变异（SSVs）对细胞功能的影响。这些SSVs是大的DNA部分的重排（例如，缺失、复制等），已知与大多数致癌突变有关。

较新的长读测序方法（如EMBL这项研究中使用的牛津纳米孔）有可能提供一种以更好的方式检测癌症基因组突变的方法。纳米孔测序使研究人员能够对长的DNA或RNA片段进行实时测序。它的工作原理是在核酸--DNA和RNA的组成成分--通过一个蛋白质纳米孔时监测电流的变化。由此产生的信号通过计算进行解码，以获得特定的DNA或RNA序列。

与短读测序相比，长读测序的设备更小、更快，而且可以读取更长的DNA链。因此，就像一个有更少而更大碎片的拼图，这种序列更容易组装。此外它还方便了研究人员了解癌症中表观基因组的变化。

"我们知道，使用短线程测序，我们并没有得到一个完整的画面，"海德堡EMBL的Korbel研究小组的高级生物信息学家、《细胞基因组学》论文的主要作者Tobias Rausch说。"现在的技术已经到了一个地步，我们可以真正使用长线程测序，并发现所遗漏的东西。"


如何识别以前未发现的基因组模式

使用来自一个髓母细胞瘤--一种原发性儿童脑瘤在诊断时和治疗后收集的细胞，研究人员能够使用新的长读序列分析方法来识别一种导致基因组中较长部分重新排列的新的突变模式，然后他们能够在其他癌症类型中确认这种模式。

"从一开始，我们就明白，方法的开发需要成为我们工作的一个重要部分，"Rausch说。"我们如何才能在癌症基因组情况下最好地使用长线程测序？方法的提供是这个项目的一个重要部分，从中产生了一些工具，希望对更广泛的社区有用"。

然而，除了方法之外，科学家们还能够识别和命名一种相当复杂的模式，他们认为这种模式与癌症基因组中的一种特殊形式的突变有关，特别是在脂肪肉瘤中，这是一种罕见的，但有时是致命的癌症，以经常具有高度不稳定的基因组而闻名。以前，这种模式在短读测序中没有被发现。

Rausch所在的EMBL研究小组负责人Jan Korbel说："在基因组测序中看到一种突变模式并不太令人惊讶，但仅用一个样本就能做到这一点，而且是人们之前没有看到的，这一点相当令人震惊。但那也是因为短读测序无法将其拼凑起来。现在，我们能够观察到如此复杂的重排，并实际查看其内部结构。"


通过合作获得重要的专业知识

研究过程的一个重要部分取决于EMBL内部的合作。这包括来自GeneCore的同事，他们在与合作者商议选择正确的方法后提供了部分实际的测序，以及EMBL位于英国欣克斯顿的欧洲生物信息学研究所，他们提供了有关牛津纳米孔测序的专业知识。

对于Korbel小组来说，与EMBL-EBI的同事们一起合作进行这个项目的讨论始于近五年前，但只有当技术成熟到足以让他们用这种长读方法和后续分析工具来实现他们的科学愿景时才能实现。

"长读测序为查看基因组信息提供了一种新的方式--在结构变异和DNA修饰（如甲基化）方面，"EMBL副总干事、EMBL-EBI联合主任Ewan Birney说，他也是该项目合作的研究小组负责人之一。"看到这种新的突变过程被这种新技术所照亮，真是太好了"。

同样，与DKFZ的合作不仅有助于采购组织样本，还为这项工作带来了重要的生物学见解。


展望未来

在确定了一个突变模式后，但只是在一个单一的样本中，研究人员意识到需要对更大的队列进行后续研究，以更好地了解该模式并确定它是否具有临床意义。现在，用长读基因组测序法研究的样本非常少。

Korbel说："现在对长读测序确实有很多兴奋之处。"我们已经计划在更大的范围内继续我们的工作，通过这项工作，我们将再次依靠我们已经开始的合作--其中一些合作现在正在试点将这种长读测序应用于临床环境，一般来说，当测序参与时，病人的生存率往往更高。"