遺傳學大牛PNAS公布一項最新測序技術

　　未來個性化醫學，醫生可能僅僅通過分析一份唾液樣品，就能快速收集到患者謀者疾病的患病風險，以及最適合他的治療方式。然而目前的新一代技術依然是一個很費錢的事。

　　來自哈佛大學Wyss研究所的著名遺傳學家George M. Church開發了一種新的電子DNA測序平臺，這一平臺基于生物工程納米孔，能幫助克服現有測序技術的局限性。這一研究成果公布在10月12日《美國國家科學院院刊》（PNAS）雜志在線版上。

　　“在這項研究中，我們探索了一種高擴展性，精確，單分子DNA測序平臺，可以利用環境中廣泛的基因組樣品，低成本，長DNA讀長，從而可以用于轉化精確醫學上，”Church說。

　　自上世紀90年代，Church等人就一直致力于尋找可以利用納米孔測序-合成(Nanopore-SBS)的方法來替代DNA測序的技術。將單鏈DNA拉過蛋白孔，檢測堿基穿過時電導的微小改變，這就是納米孔測序的這基礎理論，這一理論發現已經有十幾年歷史了。從第一篇論文到納米孔測序的成形，這條道路并不是一帆風順的。

　　今年上半年，Church與哥倫比亞大學的車靖岳（Jingyue Ju）合作，開發了基于納米孔的單分子邊合成邊測序（SBS）系統。他們將聚合酶拴系在α-hemolysin納米孔上，在芯片上排出納米孔陣列。隨后他們用多重化的納米孔傳感器搭建了高通量的測序平臺。這個平臺使用多聚物標記的核苷酸，可以在單分子水平上對多個DNA模板進行平行測序。研究人員通過這種方式獲得了實時的單分子測序數據，分辨率達到了單堿基水平。

　　“納米孔測序的一個關鍵問題在于缺乏準確性。這是因為互補DNA鏈的合成是向著納米孔接近，這會在孔中產生冗雜電子信號，導致不再與單個原初DNA模版分子相符。但是我們現在開發出了新的測序機器，能獲得可靠的測序結果，也可以用于不同的DNA模版，并且能與上百個納米孔組合，”文章第一作者之一，Church實驗室的博士后研究員P. Benjamin Stranges說。

　　這個新的測序機器包括7個蛋白質亞基，共同組成了一個復雜的納米孔，其中只有一個可以在正確的孔道開放時間，正確的位置特異性與DNA聚合酶共軛。

　　此外，這一引擎還能同時在同一張芯片上單獨分析多個DNA序列，這比傳統的低通量測序技術要快，要便宜，而且通量也更加高，可以用于降低臨床的測序成本。

　　“我們能識別出79%-99%之間的正確核苷酸，背景噪音捕獲少于1.2%，”另外一位第一作者Mirkó Palla說，“這是納米孔-SBS系統的一個顯著進步。”

　　“這項技術是一個典型的例子，即我們對于活體生物在分子水平上的深入了解，能促進巨大的技術進步，”Wyss研究院主任Donald Ingbe博士說，將生物大分子機器與合成膜結合在一起，然后整合到常規電子機器中去，就能創造一種全新的低成本基因診斷技術。