撰文 |?王聰

編輯 |?nagashi

排版?| 水成文

我們人體內的組織由分裂細胞和非分裂細胞組成。干細胞在我們的一生中都會不停自我更新，并負責提供非分裂細胞以保持正常身體運轉。我們體內的絕大多數細胞是非分裂細胞，或者很少分裂，包括血液中每天產生的數十億的壽命很短的粒細胞，也包括大腦中壽命很長的神經元。

隨著年齡的增長，人體細胞中不斷發生著遺傳變異，這是一個自然過程，一個細胞每年會發生約15-40個突變。這些突變中的大多數是無害的，但其中一些可以導致癌癥。

自20世紀后期基因組測序問世以來，科學家們已經能夠通過研究腫瘤中的基因突變更好地了解癌癥的形成以及如何治療癌癥。近年來，新技術的發展還使科學家能夠研究從健康組織中提取的干細胞中的突變。

但是，直到現在，基因組測序還不夠精確，難以研究非分裂細胞中的新突變，這意味著我們絕大多數細胞中的基因突變尚無法準確觀察到。

2021年4月28日，英國?Wellcome Sanger 研究所的 I?igo Martincorena、Robert J. Osborne 等人在 Nature 發表了題為：Somatic mutation landscapes at single-molecule resolution 的研究論文。

研究團隊開發了一種名為?Nanorate Sequencing（簡稱NanoSeq）的新方法，該測序方法精度非常高，細胞群中單個DNA分子的錯誤率低于5個/10億堿基對。并使用NanoSeq研究了血液、結腸、大腦和肌肉的大量樣本，挑戰了細胞分裂是驅動基因突變的主要機制的觀點。

更重要的是，這一測序方法使得科學家首次可以研究任何人體組織的DNA變化，而且讓準確率達到前所未有的高度，該方法還能夠更快、更大規模地研究致癌物對健康細胞的影響。可以說這項研究代表了癌癥和衰老研究的一個重大進展。

2012年，美國華盛頓大學的研究人員開發了一種名為雙重測序（Duplex Sequencing）的新型測序技術，通過對DNA雙鏈分別進行獨立的標記和測序，然后比對雙鏈測序結果。由于DNA雙鏈是互補配對的，真實的突變應同時發生于雙鏈的同一位置，如果某個突變僅存在于一條鏈，則可以認為是測序錯誤，這就能顯著地減少測序錯誤，大大提高測序精度。

達到前所未有的精度

在這項新研究中，Wellcome Sanger 研究所的研究人員試圖進一步完善上述雙重測序方法。

研究團隊首先檢索了雙重測序結果中的錯誤，發現這些錯誤集中在DNA片段的末端，這表明制備DNA進行測序的過程中存在缺陷。然后，他們對DNA制備過程進行了改進，例如使用特定的酶更干凈地切割DNA，以及改進了生物信息學方法。

在長達四年的時間里，研究團隊一直在進行改進和提升，測序精確度也一直提高，直到這篇論文中的每十億個堿基對測序錯誤少于五個。

檢測僅存在于一個或幾個細胞中的體細胞基因突變在技術上極具挑戰性，因為必須在數千萬個堿基中找到一個堿基變化，而以前的測序方法的精確度根本達不到這一要求。而NanoSeq測序技術在每十億個堿基對只會產生幾個錯誤，這足以使我們能夠準確地研究任何組織中的體細胞基因突變。

細胞分裂并非基因突變主要驅動機制

接下來，研究團隊利用NanoSeq的更高靈敏度來比較幾種人體組織類型中干細胞和非分裂細胞中突變的速率和模式。

出乎意料的是，在對血細胞的分析中發現，緩慢分裂的干細胞和分裂更快的祖細胞中發現了相似數量的突變，這表明細胞分裂不是導致血細胞基因突變的主要過程。

對非分裂的神經元和很少分裂的肌肉細胞進行的測序分析還表明，突變在整個生命中都在沒有發生分裂的細胞中積累，并以與血細胞相似的速度積累。

通常認為細胞分裂是發生體細胞基因突變的主要因素，更多的分裂會產生更多的突變。然而，這項研究清楚地表明，分裂得比其他細胞多很多倍的血細胞，和很少分裂的肌肉細胞，以及不分裂的神經元，它們具有相同的突變率和突變模式。

這改變了我們對基因突變的看法，并提示了細胞分裂外的其他生物學機制是基因突變的關鍵。

使研究任何組織中的基因突變成為可能

這項研究具有在所有細胞中觀察基因突變的能力，將極大提升我們對生活方式的選擇和致癌物暴露如何導致癌癥的理解。例如研究已知致癌物如煙草或日曬的影響，以及發現新致癌物，開辟了研究癌癥和衰老的新途徑。

NanoSeq測序方法的另一個好處是可以相對更簡單地收集樣品，除了對組織進行活檢，還可以無創收集細胞，例如做皮膚拭子和咽拭子，讓大規模研究體細胞基因突變變得更容易、更便宜，且更少侵入性。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03477-4

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Nature：将基因测序带到前所未有的精度，人类首次具有在任何组织中研究基因突变的能力的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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