Эта внеклеточная ДНК (вкДНК) разрушается из-за воздействия ферментов в крови, но, тем не менее, является мощным инструментом мониторинга при раке, беременности и трансплантации органов. Одним из сравнительно недавних достижений является пренатальное тестирование на такие состояния, как синдром Дауна, поскольку фрагменты вкДНК плода могут быть обнаружены в кровотоке матери.
Теперь, заимствуя технику геномики, использовавшуюся при изучении древнего прошлого, аспирант Корнелла придумал диагностический инструмент, который может открыть окно в ближайшее будущее реципиента трансплантата с помощью анализа вкДНК.Филип Бернхэм, докторант лаборатории Ивийна Де Вламинка, доцента по естественным наукам и технологиям Роберта Н. Нойса, предложил использовать подготовку библиотеки коротких цепей ДНК для секвенирования вкДНК в плазме реципиентов трансплантата легких. Библиотека ДНК — это коллекция фрагментов ДНК, которые были клонированы в группы, чтобы исследователи могли выделить желаемые фрагменты для изучения.
Лабораторный доклад «Подготовка библиотеки одноцепочечной ДНК раскрывает происхождение и разнообразие ультракороткой бесклеточной ДНК в плазме» был опубликован 14 июня в журнале Nature Scientific Reports. Бернхэм, аспирант третьего курса факультета физики и биомедицинской инженерии, был ведущим автором первой опубликованной работы лаборатории.Идентификация источника вкДНК — часть ее из митохондрий, производителя энергии в клетках — может помочь определить, поврежден ли трансплантированный орган или отторгается.«Митохондриальные последовательности донора отличаются от таковых у реципиента, поэтому, выполнив этот анализ последовательности, вы можете отличить их друг от друга», — сказал Де Вламинк. «Когда клетки повреждены, они высвобождают митохондриальную ДНК, и, учитывая, что вы можете отличить ДНК донора от ДНК пациента, вы действительно можете количественно оценить повреждение, выполнив эти измерения».
В 2012 году немецкий антрополог Маттиас Мейер опубликовал статью об исследовании денисовцев — людей примерно 40 000 лет назад — и об использовании метода подготовки библиотеки одноцепочечной ДНК для секвенирования денисовского генома.Нуклеосомная ДНК — ДНК, обнаруженная в клетках, — может быть адаптирована для секвенирования с использованием адаптеров двухцепочечной ДНК, но это не вариант для генетического материала возрастом 40000 лет.
ДНК, собранная из старых костей, разрушается и образует короткие нити — то же самое, что и многие типы вкДНК.«Поэтому Фил решил применить эти концепции к ДНК в крови», — сказал Де Вламинк. «И когда он это сделал, мы обнаружили множество коротких молекул ДНК».Группа взяла 40 образцов вкДНК из плазмы шести реципиентов двойного трансплантата легких и протестировала их с использованием препаратов как одноцепочечной, так и двухцепочечной библиотеки.
Одноцепочечный метод оказался гораздо более эффективным, чем традиционный двухцепочечный метод в идентификации ультракороткой вкДНК (короче 100 пар оснований), что указывает на то, что он также лучше подходит для мониторинга плода и опухоли.
В идеале с помощью этого метода реципиент трансплантата может получить представление о реакции нового органа с помощью простого анализа крови. В настоящее время единственный способ узнать это — сделать биопсию — в некоторых случаях до 10 из них в течение первого года, — сказал Де Вламинк.«Очевидно, вы могли бы позволить себе делать [анализ крови] чаще, и если он более чувствителен, есть надежда, что вы сможете вмешаться раньше, если возникнут проблемы», — сказал он.Группа надеется, что их методы приведут к более широкому использованию анализа вкДНК, и не только в случаях трансплантации.
«Прямо сейчас мы работаем в хорошей модельной системе — если мы видим донорскую ДНК у реципиента трансплантата легкого, то мы знаем, что она исходит из легкого», — сказал Бернхэм. «Но что мы действительно настойчиво добиваемся, так это возможность начать смотреть, из какой ткани поступает ДНК, без предварительного знания того, на что мы смотрим, и связывать это со способностью идентифицировать потенциальные патогены из микробной внДНК».Этот метод также должен оказаться эффективным для выявления инфекций, которые беспокоят пациентов, перенесших трансплантацию.
Иммунодепрессанты снижают риск отторжения органа, но делают пациента уязвимым для инфекции.