Science:測(cè)序技術(shù)的新發(fā)展
日期:2012-05-30 08:07:01
快速的DNA測(cè)序有可能很快成為每個(gè)人醫(yī)療記錄的例行工作的一部分,揭示出過(guò)去隱藏在人類基因組30億個(gè)核苷酸堿基中的龐大的信息。《科學(xué)》(Science)雜志介紹了在測(cè)序技術(shù)方面的一些最新的進(jìn)展。
來(lái)自美國(guó)亞利桑納州立大學(xué)生物設(shè)計(jì)學(xué)院?jiǎn)畏肿由镂锢碇行牡闹魅?/SPAN>Stuart Lindsay剛剛成功地解決了新型納米孔測(cè)序法(nanopore sequencing)中的一個(gè)主要的絆腳石。Lindsay最新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了其在DNA讀值方面取得重大的改進(jìn),這一論文發(fā)布在《納米技術(shù)》(Nanotechnology)雜志上。
一旦精確測(cè)序低于每個(gè)基因組1000美元的限度,這一技術(shù)應(yīng)該會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前的Science overview表明由于全基因組測(cè)序的速度和成本以勝過(guò)著名摩爾定律(Moores famous Law,決定每隔18個(gè)月,計(jì)算速度翻倍,費(fèi)用減半)的步伐發(fā)展這天或許正在臨近。
最新的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)包含納米孔測(cè)序法,這一驅(qū)動(dòng)單鏈DNA分子逐一通過(guò)納米孔實(shí)現(xiàn)測(cè)序的方法。這種策略有可能很快使得完整的DNA序列可以一氣呵成地被讀取,而不再需要將其進(jìn)行切割、破譯短片段和精心地再組裝。
在人類基因組計(jì)劃(HGP)的支持下,研究人員花費(fèi)了13年的時(shí)間和30億美金才實(shí)現(xiàn)了首次對(duì)人類基因組的測(cè)序,很快,這一成果就可以900美金的成本,每6小時(shí)60億核苷酸堿基令人炫目的速率完成。這是英國(guó)牛津納米孔技術(shù)公司(Oxford Nanopore Technologies)這一推動(dòng)新測(cè)序技術(shù)開(kāi)發(fā)的先鋒做出的聲明。
自上世紀(jì)90年代中期首次提出納米孔測(cè)序這一看似不切實(shí)際的想法,到現(xiàn)在已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展。它的基本思路是,當(dāng)納米孔浸入到導(dǎo)電液中,給它加上電壓,離子傳導(dǎo)通過(guò)納米孔將生成可測(cè)量的電流。這種電流對(duì)于納米孔的大小和形狀高度敏感,DNA絲狀物中的每個(gè)核苷酸堿基會(huì)在移動(dòng)時(shí)阻塞納米孔,以一種可識(shí)別和重現(xiàn)的方式改變離子電流。
這種DNA“絲狀物“是一種難于操作的材料——其非常的精細(xì),大約5000條DNA鏈排列在一起相當(dāng)于一根人類頭發(fā)的寬度。以這樣的比例尋找合適的小孔就是一種挑戰(zhàn)。首先,探索是多孔的跨膜蛋白。由細(xì)菌生成的能夠引起紅細(xì)胞溶解的α溶血素(αHL)似乎是一種尤其有希望的候選物,給予了測(cè)序DNA所需的納米孔直徑。
自那時(shí)起,其他基于蛋白質(zhì)的DNA孔道就在不斷地被修修補(bǔ)補(bǔ),直到近期還在對(duì)各種“固態(tài)“硅或石墨的納米孔開(kāi)展研究。它們更容易制備且它們的特性能夠更精確地被控制。
根據(jù)Science綜述當(dāng)前的技術(shù)狀況,納米孔測(cè)序“似乎準(zhǔn)備離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室”,并且一個(gè)基因組1000美元測(cè)序成本的夢(mèng)想有可能近在咫尺,雖然仍然存在一些障礙。一個(gè)長(zhǎng)期在單個(gè)堿基測(cè)序中存在的問(wèn)題就是它們傾向于快速通過(guò)納米孔以致無(wú)法單獨(dú)地精確定位每個(gè)堿基。相反,在早期實(shí)驗(yàn)中測(cè)量電流反映的是一組堿基通過(guò)孔道生成的平均電流值。