【Science子刊】科学家在DNA测序方面取得飞跃！

近期发表在《Science Advances》上的一篇论文“Single-molecule Taq DNA polymerase dynamics”中，加州大学欧文分校（UCI）化学系和物理&天文学系的研究人员揭示了一个使DNA测序成为可能的关键酶的新细节。这一发现标志着个性化医疗时代的飞跃，届时医生将能够根据患者个体的基因组设计治疗方案。

UCI化学教授、新研究的共同通讯作者Greg Weiss说：“酶通过催化化学转化使生命成为可能，否则对生物体来说需要太长的时间才能实现这种转化。我们真正感兴趣的一个转变对于地球上所有生命都是必不可少的——这是DNA被复制和修复的过程。”

UCI领导的团队研究的分子是一种叫做Taq的酶，这个名字来源于它最初被发现的微生物，Thermos aquaticus。Taq复制DNA。聚合酶链反应（PCR）利用了Taq酶的优势，该技术从法医学到PCR检测COVID-19有成千上万的用途。

UCI领导的研究小组发现，Taq因为帮助制造DNA的新拷贝，其行为与科学家之前认为的完全不同。Weiss解释说，这种酶的行为不像一台运转良好、高效的机器，不断地复制DNA，它的行为就像一个在商店的过道里闲逛的不分皂白的购物者，把他们看到的所有东西都扔进购物车。

Weiss说：“这种酶不是仔细选择加入到DNA链中，而是为每一成功添加的片段捕获几十个错配。就像购物者检查购物清单上的物品一样，酶根据它试图复制的DNA序列测试每个部分。”

众所周知，Taq拒绝任何落入其购物车的错误商品——这种拒绝毕竟是成功复制DNA序列的关键。新研究中令人惊讶的是Taq拒绝正确碱基的频率之高。“这相当于一个购物者抓取了半打相同的西红柿罐头，将它们放入推车中，并在只需要一个罐头的情况下对它们进行测试。”

关键信息：Taq在完成其工作方面的效率远远低于它本可以达到的水平。

新研究的共同通讯作者、UCI物理和天文学系教授Philip Collins解释说，这一发现是彻底改变医疗保健的一个飞跃。这是因为如果科学家了解Taq的功能如何，那么他们就可以更好地了解一个人的基因组测序真正有多准确。

“每个人的基因组都略有不同，”Collins说，“不同的地方突变不同。其中有些是导致疾病，另一些则不会。要真正了解这些差异是重要的，为了正确处方药物，你需要准确地知道这些差异。”

“科学家不知道这些酶是如何实现其准确性的，”Collins说，他的实验室为研究Taq的行为创造了纳米级设备。“你如何向患者保证，当他们的DNA与公认的人类基因组不同时，你已经准确地对他们的DNA进行了测序？患者真的有罕见的突变吗，”柯林斯问道，“还是这种酶只是犯了一个错误？”

Weiss说：“这项工作可以用于开发Taq的改进版本，在复制DNA时花费更少的时间。”

这项工作的影响并不局限于医学；每一个依赖于准确DNA测序的科学领域都将受益于对Taq如何工作的更好理解。例如，在使用古DNA解释进化历史时，科学家依赖于关于DNA如何随时间变化的假设，那些假设依赖于准确的基因测序。

“我们已经进入了基因组数据的世纪，”Collins说。“本世纪初我们第一次解开了人类基因组，我们开始用基因组学新发现的这些信息来了解生物和物种以及人类历史，但基因组信息只有在准确的情况下才有用。”

本研究的共同作者包括Mackenzie Turvey博士（前UCI物理学和天文学研究生）和Kristin Gabriel博士（前UCI分子生物学和生物化学研究生）。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://phys.org/news/2022-03-scientists-genetic-sequencing.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。