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快速组装全基因组在小我私人电脑实现

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  科技日报北京9月15日电 (记者张梦然)据《细胞系统》杂志14日揭晓的一项研究,美国麻省理工学院(MIT)和法国巴斯德研究所的科学家开发出一种在小我私人盘算机上重修包罗人类基因组在内的全基因组手艺。这种手艺比当前最先进的方式快约莫一百倍,且仅使用现在五分之一的资源。这项研究以单词而非字母为语言模子提供压缩的构建模块,从而可以更紧凑地示意基因组数据。

  “我们可以在一台通俗的条记本电脑上快速组装整个基因组和宏基因组,包罗微生物基因组,”MIT盘算机科学和人工智能实验室教授波尼·博格说,“这种能力对于评估与疾病和细菌熏染(例如败血症)相关的肠道微生物组转变至关主要,这让我们能够更快地治疗并拯救生命。”

  自人类基因组设计开展以来,基因组组装项目取得了长足的提高,该设计于2003年完成了首个完整的人类基因组组装,耗资约27亿美元,并举行了十多年的国际互助。虽然现在完成人类基因组组装已不再需要花费数年时间,但仍然需要几天时间和壮大的盘算性能力。第三代测序手艺虽可提供具有数万个碱基对的、太字节数目级的高质量基因组序列,但事实上,将云云巨量数据的基因组举行组装,仍具有挑战性。

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  为了逾越当前手艺从而更有用地举行基因组组装,包罗在所有可能的读数对之间举行成对对照,博格及其同事此次将研究目的转向了语言模子。他们基于“de Bruijn”图(一种用于基因组组装的简朴、高效的数据结构)看法,开发了一种极小空间“de Bruijn”图,它使用被称为“极小值”的短核苷酸序列,取代单个核苷酸。

  博格示意:“极小空间‘de Bruijn’图只存储总核苷酸的一小部门,同时保留了整个基因组结构,使它们比经典‘de Bruijn’图更有用。”研究职员行使新方式为661406个细菌基因组的聚集构建了一个索引,这是迄今为止同类聚集中最大的一个。他们发现,这项新手艺可在13分钟内搜索整个聚集中的抗菌素抗性基因,而使用尺度序列比对这一历程需要7小时。

  总编辑圈点

  基因组组装对于基因组剖析的“前途”十分要害,这实在是一个把测序发生的读取片断经由拼接再天生基因组碱基序列的历程。听起来很绕,但基因组组装确实是生物信息学领域的焦点问题,由于当前测序手艺获得的序列一样平常都对照短,需要组装拼接成较长的、完整的序列,才气用于进一步剖析。这一直以来都是很繁冗的一个步骤,但现在本文中的功效,让科学家们实现了在最省力的装备中、在最短的时间内,完成了更为精准的组装。

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      2021-10-01 19:37:30 

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