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仅仅366MB,装下800万个新冠基因组:泛基因组学的“降维打击”与进化史的无损重现

作者: 发布时间:2026-07-14 浏览次数:14
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在过去的二十年里,基因组测序技术的飞跃式发展将我们推向了一个数据爆炸的时代。如果说人类基因组计划是一场耗资巨大的登月行动,那么今天,测序一个微生物基因组就像在便利店买一瓶水一样平常。

然而,这种数据的极度富集也带来了幸福的烦恼:当我们面对成千上万、甚至数百万个同物种的基因组时,传统的存储和分析方式开始显得捉襟见肘。我们该如何从这些浩如烟海的ATCG序列中,不仅读出变异,更能读懂进化?《Nature Genetics》的研究报道“Compressive pangenomics using mutation-annotated networks”,该研究通过一种名为 PanMAN (Pangenome Mutation-Annotated Network) 的全新数据结构,向我们展示了如何将海量的基因组数据“折叠”进惊人的微小空间,同时以***的分辨率揭示生命的演化历史。 image.png

PanMAN 的设计哲学利用了生物学中***本质的规律:垂直遗传(Vertical Descent。绝大多数时候,后代的基因组只是在祖先的基础上发生了一些微小的突变。

想象一下,如果你要存储两本书,这两本书只有一句话不同。简单粗暴的做法是分别存储两本厚书;聪明的做法是存储***本书,然后加一个便签:第二本书在第100页把高兴改成了兴奋’”。这就是进化压缩Evolutionary Compression的概念。

PanMAN 通过构建突变注释树(Mutation-Annotated Trees, MATs来实现这一点。它并不直接存储树梢上每一个样本的完整序列,而是只存储树根处的祖先序列,以及树枝上发生的突变事件。任何一个样本的序列,都可以通过从根节点出发,沿着树枝路径重演一遍突变过程来还原。image.png

PanMAN 在细菌基因组上的表现同样通过了严苛的考验。针对大肠杆菌、结核分枝杆菌和肺炎克雷伯菌的测试显示,与存储效率***高的 MiniPhy 格式相比,PanMAN 在细菌基因组上实现了 4.3倍到20 的更高压缩率。

对于细菌这种基因组较大(数百万碱基)的物种,进化压缩的红利展现得***。此外,针对细菌环状基因组带来的比对难题,研究人员在构建 PanMAN 时引入了旋转算法(Rotation Algorithm来优化序列对齐,确保了突变推断的准确性。

核酸提取磁珠作为新冠病毒RNA提取的重要原料,是吉恩特生物自主研发生产的高分子材料,将均一的分子材料的粒径控制在合理的范围内,加入磁性,再引入配基,从而使分子材料具备磁响应性和生物吸附性能,在核酸提取的过程中可以得到良好的应用,尤其是GNT-108磁珠,更是对新冠病毒的RNA提取具有较高的特异性,提取结果可直接应用与下游定量检测。

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