單鏈DNA測序技術助力獲取游離核酸多組學數據

游離DNA（cfDNA）是指游離在細胞外的DNA，存在于血漿、血清或尿液等體液中。cfDNA的片段組學特征可用于微創、實時、動態地監測生理和病理狀態，在腫瘤早篩與復發監測、母嬰健康、器官移植、感染疾病等領域具有廣闊的應用前景。

高通量測序技術是表征cfDNA片段組學特征的主要手段，其中，雙鏈DNA文庫制備技術作為主流的文庫制備方案，已被廣泛應用于cfDNA核小體印記相關的疾病生物標志物研究。然而，雙鏈DNA文庫制備技術無法捕獲樣本中的單鏈cfDNA組分，導致cfDNA分子印記未得到全面表征。

近日，深圳華大生命科學研究院開發了單鏈DNA測序文庫制備技術，能夠同時捕獲血漿中單鏈和雙鏈cfDNA片段，并保留其鏈特異性信息，相關研究成果發表于《臨床化學》。

研究團隊揭示了一種cfDNA新特征——cfDNA鏈特異性特征，其與基因轉錄狀態、甲基化水平和線粒體復制等多種特征有關。該研究豐富了cfDNA片段組學的概念并展示了其臨床應用潛力。

基于自主開發的DNBSEQ平臺單鏈DNA測序文庫制備技術，研究團隊對34名健康受試者的血漿cfDNA全基因組測序數據進行了鏈特異性分析。研究發現，染色體的鏈特異性富集分數與染色體基因密度呈正相關。此外，基因轉錄水平、CpG位點密度和甲基化水平都與cfDNA鏈特異性特征有關。研究團隊發現基于游離線粒體DNA的鏈特異性偏好性特征集中于線粒體基因組的非編碼區域，一定程度反映了線粒體的轉錄和復制的分子印跡。

研究團隊利用cfDNA鏈特異性特征，探索了性別差異基因和相關通路。此外，研究團隊進一步使用外部低深度測序數據集驗證了前文所述的cfDNA多個鏈特異性特征，并發現cfDNA多個鏈特異性特征的組合可以明顯地區分非癌癥對照和肺癌患者。這些結果展示了cfDNA鏈特異性特征在生理狀態監測和作為疾病生物標志物的應用潛力。

值得一提的是，該研究采用的單鏈建庫技術具有廣泛的應用潛力。首先，該技術在微量和碎片化DNA樣本中具有優良表現。單鏈建庫技術最初是為了解決古DNA高度碎片化且含量低微的難題而被提出來的，后來被拓展應用到RNA測序，提供轉錄本的鏈特異性信息。此外，該技術也適用于DNA甲基化測序，對經過重亞硫酸鹽化學轉化后的損傷性DNA片段有良好的兼容性，并且不會引入由雙鏈DNA文庫制備“末端修復”步驟導致的甲基化率檢測偏差。

文章共同通訊作者、深圳華大生命科學研究院副研究員張艷表示：“目前，研究團隊已成功將單鏈建庫技術拓展至RNA和DNA甲基化測序，能夠利用較低起始量，完成廣譜cfRNA測序、高深度cfDNA全基因組測序、高深度cfDNA全基因組甲基化測序，從而實現利用‘一管血’樣本獲得全面的游離核酸多維組學數據。相關技術還在不斷研發和升級中，未來將在更多研究中被推廣應用。”

相關論文信息：https://doi.org/10.1093/clinchem/hvaf070