Science：新型纳米孔测序技术

　　

生物通报道  快速的DNA测序有可能很快成为每个人医疗记录的例行工作的一部分，揭示出过去隐藏在人类基因组30亿个核苷酸碱基中的庞大的信息。《科学》（Science）杂志介绍了在测序技术方面的一些最新的进展。

上接：Science：测序技术的新发展

Lindsay的技术依赖于读取的一对金电极之间捕获的一个DNA核苷酸组成的小电路中的电流。这些跨过纳米孔的电极是通过使扫描隧道显微镜（STM）针尖（tip）功能化制造而成，带有能够结合单个DNA碱基的分子，这些分子通过纳米孔伸出它们的头部。

Lindsay用Recognition Tunneling命名了他的测序方法，其依赖于带有传感化合物的两个电极其中的一个来识别孔道，另一个带有核苷酸靶标的电极被感知。当传感化合物和靶向自组装（self-assembles）连接起来就会生成一个信号关闭电流。

在这种类型的连接中，分离电极的长度下降到分子尺度，电子可以表现出与量子亚原子世界相关的异常行为，在经典物理学禁止的情况下通过障碍物。在这种情况下，4个核苷酸的每一个应该会生成一个标记穿孔电流，当DNA通过纳米孔时可用于对DNA逐个碱基测序。短暂捕获每个碱基给予了进行准确鉴别的时间，随后被释放，DNA丝状物继续在孔道中移行。

用穿孔电流替代离子电流有可能相当大地提高测序分辨率，在最新的研究中，Lindsay小组证实多参数分析穿孔生成的电流尖脉冲确实能够通过功能化电极间的氢键（hydrogen bonding）短暂阻止每一个DNA碱基，从而鉴别它。

还有更多。

除了以超过90%的准确率精确指出核苷酸的特性，该技术该可以鉴别出环境基因修饰例如甲基化。这代表测序的一个重大的进步，因为这一对于基因组的表观遗传学修饰对于研究人类健康与疾病，包括胚胎和产后发育以及癌症均具有深远的意义。

论文还描述了一种分析穿孔信号的新方法。Lindsay研究小组利用了机器学习来训练计算机识别DNA碱基。这种机器可读取四个碱基（A,T, C和G）以及携带表观遗传学代码的“第5碱基”——甲基，在单分子读值上具有96%的准确率。

Lindsay 说：“Oxford Nanopore在利用离子电流进行纳米孔测序上取得了巨大的突破，在Science杂志的NEWSFOCUS故事中进行了聚焦。但是我们认为Recognition Tunneling.的超敏性和化学分辨率可将更多的带到表格中。”

罗氏制药公司（Roche Pharmaceuticals）近期获得了这一技术的授权。

快速测序高风险的竞赛似乎进入了冲刺阶段，新的惊喜有可能就在终点线前。一旦跨越，个体化医学时代就会到来。对于人类健康与疾病的基因组检测的大量新认识几乎可以肯定会随之而来。

（生物通：何嫱）

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