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在海上进行实时DNA测序

2014.8.21

  太平洋中部已经破晓,MY Hanse Explorer科考船上正在煮咖啡。啜饮之间,大约有十几位科学家在对这一天的工作进行筹划。一些科学家将穿上潜水服,潜入海平面以下采集南莱恩群岛(Line Islands)众多珊瑚礁周围的水样。其他科学家们将要鼓捣呼呼作声的设备和散落在158英尺高考察船上的精密仪器。他们都有一个共同的目标:成为将 DNA测序仪带到现场、进行远程实时测序的第一个研究小组。尽管在海洋上困难重重,他们仍然成功了。

  这次为期三周、五个岛屿的科考活动发生在去年,研究人员包括圣地亚哥州立大学计算机科学家Rob Edwards、生物学家Forest Rohwer、博士后学者Andreas Haas和研究生Yan Wei Lim。他们与圣地亚哥地区和世界各地的其他研究人员一起,将这次科考活动和方法发表在2014年8月19日的《PeerJ》期刊。

  莱恩群岛调查

  在过去的十年当中,圣地亚哥州立大学的生物学家和计算机科学家,一直都是前往Lind岛收集和分析珊瑚栖息地,以更好地了解生活在那里的生物,以及它们如何争夺资源,它们的存在对珊瑚生态系统有什么影响。一直困扰Edwards的是,他们只能等到回到世界另一端的实验室,才能分析所得到的数据和产生新的假说。

  Edwards说:“如果我们在现场就能够输出实验数据,我们就可以当时当地解决这些问题。”这种模糊概念成长为一个雄心勃勃的计划——将笨重而昂贵的实验设备带到海洋上,旨在分析样品的DNA组成,并给出其基因组的详细信息。

  最初该计划受到公众的质疑。Edwards说:“如果你并不能确定会安全归来,那么,对于将一台约50万美元的设备带到太平洋中部,人们还是有点犹豫不决。”

  尽管如此,他和同事们对于如何在船上运行DNA测序仪,拟定了一份草案。最后,研究小组携带着Life Technologies生物技术公司提供的一台测序仪——Ion Torrent PGM,前往莱恩群岛。

  存在的问题及对策

  问题和障碍是多方面的。首先,在运输途中,机器所需要的触摸屏幕被打破。Edwards不得不侵入测序仪的软件,使用他的笔记本电脑对其进行操作。

  其次,他们必须找到放置该设备各种零件的房间。他们将测序仪放在洗衣房,因为这是船舶的最低点,当船摇晃时对这里的影响最小。微生物实验设备放在上层后甲板。DNA提取平台置于一个船舱里。餐厅甲板被用来放置PCR仪,用以DNA样本扩增。

  一旦一切都已到位,博士生Lim的任务是校准测序仪。通常,在实验室中这需要大约15分钟。然而,由于船的摇摆,这大约花了5个小时。

  当时还有鲨鱼。Lim回忆说,每次潜入水底收集样本时,她都会看到周围有20到30只好奇的鲨鱼乱转。她说:“我并不害怕。如果你靠太近,它们只是游走。”

  尽管遇到了挫折,研究人员还是设法完成了所有工作。他们成功地收集到样本,测定了样本的DNA,并在旅途中发现了新的科学问题。总共有26种细菌基因组和 2个宏基因组,进行了测序,这考虑到了存在于一个给定区域中的所有DNA。

  Edwards说,下一次他们希望收集更多的数据,并在现场开发和测试更复杂的假说。

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