Метод дробовика


Метод дробовика (англ. Shotgun sequencing) — метод, используемый для секвенирования длинных участков ДНК. Суть метода состоит в получении случайной массированной выборки клонированных фрагментов ДНК данного организма, на основе которых может быть восстановлена исходная последовательность ДНК[1].

Предпосылкой для возникновения метода дробовика являлся тот факт, что первые методы секвенирования были способны восстанавливать лишь небольшие последовательности ДНК порядка 1000 нуклеотидов[2], следовательно, для секвенирования более длинных последовательностей требовалось разработать новый подход. При секвенировании методом дробовика ДНК случайным образом фрагментируется на мелкие участки, которые затем секвенируют любым доступным методом, например, методом секвенирования по Сэнгеру. Полученные перекрывающиеся случайные фрагменты ДНК затем собирают с помощью специального программного обеспечения в одну целую последовательность[1].

Данный пример является крайне упрощённым. Однако он отражает одну из важнейших особенностей процесса секвенирования генома методом дробовика. А именно, ни одно из четырёх прочтений, представленных в таблице, не покрывает полностью всю исходную последовательность. Однако исходная последовательность может быть восстановлена исходя из того, что каждый нуклеотид из исходной последовательности встречается хотя бы в одном прочтении, а за счёт частичного перекрытия прочтений — более чем в одном. [1].

При секвенировании методом дробовика реальных молекул ДНК получаются миллионы прочтений[3], некоторые из которых могут содержать ошибки, которые затем должны быть собраны в исходную последовательность. Разумеется, работа такого объёма не может быть проделана вручную, поэтому для сборки последовательности ДНК из прочтений используется специальное программное обеспечение. Задача усложняется тем, что ДНК часто содержит повторяющие последовательности, а значит, похожие прочтения могут быть получены из удалённых друг от друга частей ДНК[4].

Для того, чтоб справиться с этой проблемой, секвенирование обычно проводят таким образом, чтобы каждый нуклеотид исходной последовательности встречался не в одном, а сразу во многих прочтениях. Так, например, при секвенировании генома человека использовалось 12-кратное покрытие, то есть каждый нуклеотид в среднем встречался в 12 прочтениях[5].

Идея использования метода дробовика для секвенирования малых геномов (4000—7000 т.п.н.) была предложена в 1979 году[1]. А два года спустя — в 1981 году — метод дробовика был впервые применён на практике для секвенирования полного генома вируса мозаики цветной капусты[6][7].