利用時間序列數據高準確率地繪制基因組圖譜

如果你已經有了一種有機體的基因組序列圖譜，但想在圖譜中找到異常結構，那么你可以通過在一些靶點中切斷DNA序列并檢測切割點之間的距離來檢查基因條碼。然而，原始基因圖譜在允許研究有系統誤差存在的情況下可通過新一代測序技術如PCR獲得（包括任何擴增偏差）。為了補救這樣的情況，明尼蘇達大學和生物納米基因組學的研究人員研究通過使用動態時間序列數據來測量以納米通道為基礎的圖譜形式的概率分布。

“想象DNA骨架上的兩個標簽是由DNA彈簧構型熵模型連接在一起的。”Kevin Dorfman說，他是明尼蘇達州大學科學與工程學教授。“如果這是一個彈簧振子……然后我們就期望看到其它彈簧長度正負位移的概率相等。”

Dorfman和他的同事觀察到在標簽中壓縮比擴展要更多，并發現標簽中的大多數熱漲落是短暫的，這樣能夠幫助提高基因組繪圖的準確性。

“這樣的改進對復雜的樣本如癌癥、異質細胞尤為重要，所以我們需要發現罕見事件的發生。”Dorfman說。

研究人員使用傳統脈沖凝膠電泳方法遇到問題，其中基因圖譜是由限制性內切酶切割DNA序列組裝的圖譜，常規方法是把DNA片段分為合適的大小。然而用納米通道的方法在每條DNA鏈上進行熒光標記，這樣就都會保持有序。

研究者通過標記的DNA開始，從大腸桿菌的細胞中提取的基因組DNA，剔除單個核苷酸和不同目標位置的核心區，并插入熒光核苷酸到這些區域。每一個DNA鏈通常約有300，000個堿基對，之后將其注入到45 納米寬的納米通道中。然后他們使用數碼相機拍攝出標簽的位置。而在納米通道記錄中典型的DNA單分子研究中記錄了幾十個分子的統計數據，研究者的方法涉及到成千上萬的分子，每一種分子覆蓋了一系列標簽，之后得出數以百萬計兩個標簽之間距離的測量值，這對確定概率分布是非常必要的。