DNA重复扩增很难分析。位于柏林的马克斯·普朗克分子遗传学研究所的研究人员开发了一种方法，可以详细查看这些以前无法进入的基因组区域。它结合了纳米孔测序、干细胞和CRISPR-Cas技术。该方法可提高今后各种先天性疾病和癌症的诊断水平。
基因组的大部分由单调的区域组成，其中基因组的短片段重复数百或数千次。但是，这些“DNA重复”在错误的地方扩展可能会产生戏剧性的后果，比如在脆性X染色体综合征患者身上，这是人类认知障碍最常见的可识别的遗传原因之一。然而，这些重复的区域仍然被认为是一个未知的领域，即使用现代的方法也无法对其进行适当的研究。
柏林马普分子遗传学研究所(Max Planck Institute for Molecular Genetics)和基尔石勒苏益格-荷尔斯泰因大学医院(University Hospital of schleswigg - holstein)的弗兰兹-约瑟夫·穆勒(Franz-Josef Muller)领导的一个研究小组，最近发现了基因组中这个难以接近的区域。Muller的团队是第一个在病人来源的干细胞培养中成功确定基因组串联重复序列长度的团队。研究人员还通过扫描单个DNA分子获得了重复序列的表观遗传状态数据。该方法基于纳米孔测序和CRISPR-Cas技术，为重复基因组区域的研究和一系列疾病的快速准确诊断打开了大门。
X染色体上的基因缺陷
在脆性X染色体综合征中，X染色体上一个叫做FMR1的基因的重复序列已经扩展。Muller说:“细胞识别这个重复区域，并通过将甲基连接到DNA上来关闭它。”这些微小的化学变化具有表观遗传效应，因为它们保留了基本的遗传信息。“不幸的是，表观遗传标记扩散到整个基因，然后完全关闭，”Muller解释说。该基因被认为是正常大脑发育所必需的。他说:“如果没有FMR1基因，我们就会看到严重的发育迟缓，导致不同程度的智力残疾或自闭症。”
在大多数情况下，女性个体受疾病的影响较小，因为重复区域通常只位于两条X染色体中的一条上。由于没有改变的第二拷贝基因没有表观遗传改变，所以它能够弥补遗传缺陷。相比之下，男性只有一个X染色体和一个受影响基因的拷贝，并表现出完整的临床症状。该综合征是由短串联重复序列扩展引起的约30种疾病之一。
首次精确绘制短串联重复序列
在这项研究中，Muller和他的团队研究了来自病人组织的干细胞的基因组。他们能够确定重复区域的长度和它们的表观遗传特征，这是传统测序方法无法做到的。研究人员还发现，即使在单个病人的细胞中，重复区域的长度也可能有很大的差异。
研究人员还用来自C9orf72基因两个拷贝之一的患者的细胞来测试他们的过程。这种突变导致额颞叶痴呆和肌萎缩性侧索硬化症最常见的单基因原因之一。Muller说:“我们是第一个在单个实验中绘制完整的表观遗传学的扩展和不变的重复区域。”此外，DNA分子上感兴趣的区域在物理上保持完全不变。“我们开发了一种独特的方法来分析单个分子和我们基因组中最黑暗的区域——这让我很兴奋。”
微孔扫描单个分子
“当涉及到高度重复的DNA序列时，传统的方法是有限的。更不用说无法同时检测到重复序列的表观遗传特性。这就是为什么科学家们使用纳米孔测序技术，它能够分析这些区域。DNA是片段化的，每条链都穿过硅片上的一百个小孔(“纳米孔”)中的一个。与此同时，带电粒子通过气孔并产生电流。当一个DNA分子穿过这些小孔时，电流会根据DNA的化学性质而变化。这些电信号的波动足以让计算机重建遗传序列和表观遗传化学标签。这个过程发生在每个孔，因此，每条DNA链。
基因组编辑工具和生物信息学阐释“暗物质”
传统的测序方法分析病人的整个基因组。现在，科学家们设计了一个程序来选择性地观察特定区域。Brandl使用CRISPR-Cas系统从基因组中切割包含重复区域的DNA片段。这些片段经过几个中间处理步骤，然后流入测序芯片上的小孔。
“如果我们没有以这种方式对分子进行预先排序，它们的信号就会淹没在基因组其余部分的噪音中，”生物信息学家佩·吉塞尔曼(Pay Giesselmann)说。他必须开发一种专门用于解释重复产生的电信号的算法:“大多数算法失败，因为它们不期望重复序列的规则模式。”虽然Giesselmann的程序“STRique”本身不能确定基因序列，但它可以精确地计算序列重复的次数。这个程序在因特网上是免费的。许多潜在的应用在研究和临床
“有了CRISPR-Cas系统和我们的算法，我们可以仔细检查基因组的任何部分——特别是那些用传统方法很难检查的区域，”Muller说，他是这个项目的负责人。Muller说:“我们创造了工具，使每个研究者都能探索基因组的暗物质。”他看到了基础研究的巨大潜力。“有证据表明，这种重复在神经系统的发育过程中不断增加，我们希望对此进行更深入的研究。”
该医生还设想在临床诊断方面的大量应用。毕竟，重复区域参与了癌症的发展，而且新方法相对便宜、快速。Muller决心将这一技术提升到一个新的水平:“我们非常接近于临床应用。”
上海用户74xxxx0221
对策呢？发现问题怎么阻止呢？