这项重大进展使研究任何组织的基因突变成为可能

随着维康桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)的科学家们解决了长期存在的技术难题，科学家们首次能够研究任何人体组织的DNA变化。这种被称为纳米级测序(NanoSeq)的新方法使研究人类组织中的基因变化以前所未有的准确性成为可能。

该研究于今日发表于自然，代表着癌症和衰老研究的重大进展。利用NanoSeq研究血液、结肠、大脑和肌肉样本，该研究也挑战了这种观点细胞分裂是驱动基因变化的主要机制。这种新方法也有望让研究人员研究致癌物对人体的影响健康的细胞，而且比迄今为止所能做到的更容易、规模更大。

我们体内的组织由分裂和非分裂两部分组成细胞。阀杆细胞在我们的一生中不断更新，并负责提供非分裂细胞，以保持身体运行。我们身体中的绝大多数细胞是不分裂的或者很少分裂。它们包括我们血液中的粒细胞，每天产生数十亿个，存活时间很短，或者我们大脑中的神经元，存活时间更长。

随着年龄的增长，我们的细胞会发生基因变化，即体细胞突变。这是一个自然过程每年大约有15-40个细胞发生突变。这些突变大部分是无害的，但其中一些会使细胞走上癌症之路。

自从20世纪晚期基因组测序问世以来，癌症研究人员已经能够通过研究肿瘤DNA中的体细胞突变更好地了解癌症的形成以及如何治疗它们。近年来，新技术也使科学家能够研究干细胞取自健康组织。

但到目前为止，基因组测序还不够精确，无法研究非分裂细胞中的新突变，这意味着我们绝大多数细胞中的体细胞突变无法准确观察。

在这项新研究中，惠康桑格研究所的研究人员寻求改进一种名为Duplex Sequencing1的高级排序方法。该团队在双相序列数据中搜索错误，并意识到它们在DNA片段的末端集中，并具有其他特征，提示用于制备用于测序的过程中的方法中的缺陷。

然后，他们对DNA制备过程进行了改进，比如使用特定的酶更干净地切割DNA，以及改进的生物信息学方法。在4年的时间里，准确率不断提高，直到每10亿个DNA字母中出现不到5个错误。

Robert Osborne博士，惠康桑格研究所的校友领导了该方法的发展，说：“检测仅存在于一个或几个细胞中的体细胞突变是非常令人难以置信的技术上的具有挑战性。您必须在其中找到一个字母的变化数百万个DNA字母和先前的测序方法根本不够准确。因为NanoseQ只有几十例DNA字母误差，我们现在能够准确地研究任何组织中的躯体突变。“

该团队利用NanoSeq提高的敏感性来比较两者的变异率和变异模式干细胞以及几种人体组织中不分裂的细胞。

令人惊讶的是，血细胞的分析发现缓慢分割干细胞和更快地分裂祖细胞2中的类似数量的突变。这表明细胞分裂不是导致血细胞中突变的主要过程。分析非分配神经元，很少分裂来自肌肉的细胞也透露了这一点突变在没有细胞分裂的细胞中积聚在细胞中，并且以血液中的细胞类似的速度。

这篇论文的第一作者、来自维康桑格研究所的费德里科·阿巴斯卡尔博士说:“人们通常认为细胞分裂是导致癌症发生的主要因素躯体突变，具有更多数量的划分创建更多数量突变。但我们的分析发现，分裂数倍于其他血细胞的血细胞具有相同的变异率和模式。这改变了我们对诱变的看法，也暗示了其他的生物机制细胞分裂是关键。“

观察所有细胞突变的能力开辟了研究癌症和衰老的新途径，比如研究烟草或阳光照射等已知致癌物的影响，以及发现新的致癌物。这样的研究可以极大地提高我们对生活方式选择和接触致癌物是如何导致癌症的理解。

NanoSeq方法的另一个好处是可以相对容易地收集样本。比起对组织进行活组织检查，细胞可以通过非侵入性的方式收集，比如通过刮擦皮肤或擦拭喉咙。

来自Wellcome Sanger Institute的论文的高级作者Inigo Martincorena博士说：“纳赛克问题在这项研究中的一个小规模的应用已经导致我们重新考虑我们认为我们知道关于诱惑的东西，这是令人兴奋的.NANOSEQ还将更容易，更便宜，更少的侵略性地研究更大的规模。而不是分析来自少数患者的活检，而且只能能够看待干细胞或肿瘤组织，现在我们可以研究数百人的样品患者观察躯体突变在任何组织。”

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