24小时的“速成”基因组测序初现曙光

　　

    [生物通讯]第一张人类基因组序列草图的完成花了超过10年的时间。而测序你自己的基因组可能只需24小时。新兴的生物技术公司已悄然将速成基因组测序变为现实。

    研究人员希望未来能够提供基于病人自身遗传序列信息的个人化医药治疗。“但现有的技术并不真正适应这个潮流。”。马萨诸塞州Woburn的美国基因组学公司的Eugene Chan说道。

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    Chan的公司是几家致力于通过大大加速DNA碱基读取过程的方法实现个人化基因组的生物技术公司之一。这种技术目前正在马里兰州Rockville的新一代测序设备上进行检验，该计划是在上个月正式宣布的。

    “我们的目标是花上1000美元在几分钟甚至几秒钟之内完成一张基因组草图。”基因组测序的先锋Craig Venter雄心勃勃地说。 Venter对这项技术极有兴趣，他将在今天英国伦敦大学的演讲会上以及10月份在波士顿召开的第14届国际基因组测序与分析会议的最后讨论这个技术。

DNA的解螺旋

    DNA化学测序方法的原理自1997年创造以来，多年来仍然没有大的改动－－尽管自动化操作已经大大加速了测序的速度。当前普遍使用的测序仪－－也就是通过荧光标记DNA长度分类碱基的机器，一次只能读取1000个左右的碱基，且DNA样品需要长时间的制备和分析。

    “当前的测序方法已经发挥到了极限。”Venter说。“为了实现在几秒钟内测序几十亿个碱基的梦想，我们需要思考另一种非常不同的策略。”现在，纳米技术和计算机运算能力的发展使这一切成为可能。

    不同于将DNA切成片段，分别测序后再在计算机上拼接到一起的策略，这次研究人员希望能够直接读取DNA长链－－就如同按篇章读取一本书而不必逐字读取一样。

    Chan发明了一种利用“纳米流体”芯片使缠绕在染色体上的DNA解螺旋的方法，这种芯片甚至比计算机的一个按键还要小。

    流过芯片的液体牵引DNA通过一列保龄球瓶状的契钉。结果DNA的一端变得松散，被牵进末端的漏斗状容器中。

    不同于测序每一个碱基，Chan和他的研究小组检测的是个体之间的差异，通过参照基因组来填满其余部分的序列信息。荧光标记只出现于发生变化的点；一个监测仪在DNA流过时读取碱基的顺序。他声称，这种速度读取技术一分钟可通过约200,000个碱基。

    另一家公司则是从细胞自身处寻找灵感：细胞分裂时可以在约1小时内复制整个基因组。“这个问题已经解决了。”英国Exeter的生物技术公司Mobious Genomics的Daniel Densham说道。

    Densham利用了一种多聚酶，这种酶负责细胞内的DNA复制。当多聚酶将A、T、C、G等碱基加到DNA链上时，它的形状发生了一种独特的变化。Densham通过用电磁辐射到酶的表面来检测这种变化，测量它离散的方式。

    Densham希望能够将多种多聚酶附着到一张芯片上，对它们进行同时分析；他的公司已获得了这项技术的欧洲专利。但与其它快速测序设备一样，这个技术最大的瓶颈也是找到能够高速处理如此海量基因组信息的计算机。

    当前阶段，这些新兴技术中的哪一个可能成为未来的标准技术还不知晓。“也许在适当的时候会有一种胜出。”另一家开发基于芯片的基因组扫描仪的英国公司Solexa的研究人员Tony Smith说道。“亦或它们各自会有不同的用途”。

生物通摘译自NATURE