BioNano Genomics 사의 genome mapping은 증폭 과정 없이 kb단위이상의 긴 DNA를 본연의 상태 그대로, 단일분자형태로 분석, 유전체 지도를 구성하는 획기적인 기술입니다. 이렇게 구성된 유전체 지도는 sequencing 을 하기 전 단계에서 complete genome assembly (de novo assembly)를 하거나, sequencing 결과로 얻은 assembly의 validation에 이용할 수 있습니다. 또한, 길게 추출된 DNA를 최대한 자연 상태에서 분석하기 때문에 기존의 DNA를 작게 조각내어 분석하는 방법에서 찾기 어려웠던 Structural Variation Analysis, 긴 반복구간을 가진 부분의 분석이나, 구간별 연관성 연구, 게놈 전반에 걸친 epigenetic modification연구에도 응용할 수 있습니다.

분자가 뒤얽히거나 접히지 않도록, 선형화 된 DNA 한 분자만 통과 할 수 있게 디자인 된 NanoChannel 수십만 개가 병렬로 나열된 chip 안에서 DNA분자들이 동시에 움직일 수 있게 하여 많은 data를 산출, 정확한 Bionano 게놈지도를 구축 할 수 있습니다.

Application

Structural Variation Detection

복잡한 지놈 상에 특정 유전자의 일부가 결실되거나 삽입되는 등의 구조적 변이 (Structural variation,SVs)를 분석하는 것은 genome 구조 및 기능에 대한 전반적인 이해에 중요한 역할을 합니다. 구조적 변이를 확인하기 위해 de novo genome map assembly를 참조 genome에 정렬하거나 두 샘플을 서로 직접 정렬할 수 있습니다. genome map assembly를 만들 때 사용된 (레이블링한) DNA 분자와 동일한 인식 시퀀스의 위치를 참조 genome에서 찾고, 샘플 및 참조에서 일치하는 레이블 패턴을 정렬합니다. Bionano 의 알고리즘을 이용하여 레이블 간격의 변화와 레이블 패턴의 순서, 위치 및 방향을 비교하여 주요 구조 변이 유형을 확인합니다.

Structural variation types

Sensitivity for the detection of large SVs

99% sensitivity for homozygous insertions/deletions larger than 500 base pairs

95% sensitivity for heterozygous insertions/deletions larger than 500 base pairs

95% sensitivity for balanced/unbalanced translocations larger than 50k base pairs

99% sensitivity for inversions larger than 30k base pairs

97% sensitivity for duplications larger than 30k base pairs

97% sensitivity for copy number variants larger than 500k base pairs

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Genome Assembly

Sequencing data 만으로 연속적이고 정확한 genome assembly를 구축하기에 충분하지 않을 때, 유전자 내 및 유전자 사이의 반복영역이 커서 분석하기 어려울 때 Bionano genome map을 sequencing data에 추가 (hybrid scaffolding), 전체지도를 작성하고 살펴봄으로써 정확도를 높일 수 있습니다.

DNA 조각을 순서와 방향에 맞게 배열 Chimeric join 식별 및 수정 인접 sequence 간의 gap 크기 추정 염기쌍 수백 개가 아닌 수백 킬로베이스 (kilobase)의 큰 규모의 변이와 구조 확인
PacBio sequencing, Illumina sequencing, 10x Genomics assembly 등과 조합한 Bionano hybrid scaffolding 결과들을 최근 논문에서 확인하실 수 있습니다.

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Research Area