Биоинформатики Алфёровского университета с коллегами из Института биоорганической химии РАН создали метод копирования библиотек ДНК, сохраняющий разнообразие их элементов. Классический метод — полимеразная цепная реакция — приводит к возникновению ошибок и потере уникальных фрагментов ДНК. Чтобы решить проблему, учёные поместили каждую молекулу внутрь эмульсионной капли и копировали ее индивидуально. Конкуренция между молекулами в процессе реакции пропала, в результате чего копирование стало точным, а репертуар библиотек ДНК сохранился. Статья опубликована в престижном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Библиотеки ДНК — это наборы из множества различных фрагментов ДНК в одной пробирке. Их широко используют для генетических исследований, поскольку в них одну и ту же операцию можно осуществить одновременно над всеми элементами библиотеки. Это позволяет искать редкие генетические особенности и отбирать молекулы с уникальными свойствами.

Библиотеки создают при помощи полимеразной цепной реакции (ПЦР) — последовательных циклов копирования, быстро размножающих определенные фрагменты ДНК.

Всего за пару часов в пробирке из единственной молекулы ДНК  можно получить миллиарды ее практически идентичных копий.

Но при классическом методе ПЦР молекулы в библиотеке копируются неравномерно. Это уменьшает разнообразие итогового набора молекул, и уникальные фрагменты ДНК могут быть потеряны.

«Элементы библиотеки копируются с различной эффективностью и конкурируют между собой за ресурсы. В результате растет «неравенство» — отдельные элементы в итоге исчезают из библиотеки вовсе» — рассказывает научный сотрудник лаборатории нанобиотехнологий Алферовского университета Игорь Елисеев.

Для решения проблемы ученые провели реакцию классическим методом ПЦР, но с использованием водно-масляной эмульсии. Такой подход позволил изолировать каждую молекулу ДНК в отдельной капле, что снизило взаимодействие между фрагментами ДНК в растворе. Исследователям удалось создать капли одинакового размера, сохраняющие стабильность при множестве циклов нагрева и охлаждения в ходе реакции.

Результаты показали, что новый метод препятствует снижению разнообразия элементов и сохраняет качество библиотек ДНК.

Технология будет полезна для выявления генетической природы заболеваний, а также для точной диагностики вирусных инфекций, что сейчас особенно актуально.