美国科学家发明用纳孔探测器分析DNA的新方法

　　

加州大学的助理研究员Santa Cruz最近发明了一种分析DNA分子的新方法，这种方法可以快速分辨几乎完全相同的DNA链。研究成果刊登在三月出版的《Nature Biotechnology》杂志上，

用于这种分析的仪器被称为纳孔探测器，探测器围绕在一层膜的周围，膜表面有一个很小的孔，孔的尺寸只能允许一个DNA单链分子穿过。当膜的内外侧被施加一定的电压时，内外侧会产生离子流，最终导致带负电荷的DNA分子穿过膜表面上的小孔。当某个DNA分子正在穿过小孔时，小孔被暂时阻塞，造成离子流强度在瞬间明显下降。

近几年来，Deamer的实验室一直在研究实验性的纳孔探测器。他们编写了一套计算机程序，应用机器学习技术，对程序自动识别各种不同的DNA分子所产生的信号进行训练。探测器能够对混合样品进行分析，从中鉴定出样品中的各种DNA分子的比例。

Deamer说：“这就好像探测器在品尝混合溶液，每次吞入一个分子，品尝一番，然后吞入另外一个分子。每秒钟它可以处理好几百次。”

这种纳孔探测器上的小孔实际上是一种毒素蛋白，它有一个很响亮的名字叫做阿尔法－融血素离子通道，这种蛋白由葡萄球菌产生，可以在细胞膜上打孔。因为这种毒素蛋白在葡萄球菌感染过程中起着很重要的功能，所以得到了广泛深入的研究，而且它的结构也已经被精细地解析出来了。

Wenonah Vercoutere是Deamer实验室里的研究生，他也是这篇新文章的第一作者，他说：“我们已经很了解这种离子通道的生存环境，这对于我们理解DNA分子同它的相互作用关系很有帮助。”

阿尔法－融血素离子通道形成的小孔大约2.5纳米宽（一纳米是十亿分之一米，大约是一个原子大小的十倍）。双链DNA分子可以进入小孔，但是离子通道会很快收缩到小于两个纳米，所以只有单链DNA分子才能通过小孔，而双链DNA分子阻塞在小孔内，直到双链分离为止。

进行纳孔探测实验中使用的DNA分子拥有一种“发卡”结构，这种结构是由单链DNA分子折返同自身形成互补的双链结构而成，这段双链被称为茎干，而在另一端将形成单链茎环。

Vercoutere说：“我们之所以要把发卡结构作为双链DNA的一种模式，是因为发卡结构易于合成，我们可以很方便地控制他们的大小和碱基序列。我们还可以通过修饰某个核苷酸，用以检查我们是否可以探测到这种改变。”

事实上，哪怕茎干部位或者单链茎环上只有一个核苷酸碱基的差异，这种探测器也能够区分两个发卡结构。Winters-Hilt说这种仪器有很高的敏感度，能够很好地配合他使用的尖端计算工具，来分析各种信号；而且因为数据本身固有的敏感性，对于信号分析而言，这种仪器无疑是一种分析的利器。

Deamer认为，可以使用这套系统，在某条DNA单链通过小孔的时候，通过检测和鉴定这条链上的每个碱基，进行DNA快速测序。其中的困难在于，如果DNA单链通过小孔的速度太快，那么检测系统没有办法测定每一个位点的碱基。开发小组现在正在加以研究，希望能够解决这个问题。

这套系统的另外一个用途是它可能被用来进行单核苷酸多态性（SNP）的检测。SNPs造成了物种个体之间的绝大多数的遗传差异。许多SNPs在医疗上有很大的作用，如果能够很容易地在病人身上检测到SNPs的话，将是极有价值的。

在未来的某一天，这项技术有可能会被应用于医学上，为那些可能患有某种特定的遗传疾病的人做检查。但是现在，这项技术只能做一些很简单的事情，比如从混合溶液中探测出特异性的DNA分子。加州大学的化学和生物化学教授David Deamer认为即便如此，Santa Cruz的这项成就也已经很了不起了。

Akeson说：“任何人都无法预料到这套系统最佳的用途是什么，实际上，也没有人能够预料到基础科学在未来的应用。”

摘自：新生命网站