Science：测序技术的新发展

gl19860312

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。

来自美国亚利桑纳州立大学生物设计学院单分子生物物理中心的主任Stuart Lindsay刚刚成功地解决了新型纳米孔测序法（nanopore sequencing）中的一个主要的绊脚石。Lindsay最新的实验结果证实了其在DNA读值方面取得重大的改进，这一论文发布在《纳米技术》（Nanotechnology）杂志上。
一旦精确测序低于每个基因组1000美元的限度，这一技术应该会得到广泛的应用。当前的Science overview表明由于全基因组测序的速度和成本以胜过著名摩尔定律（Moore's famous Law，决定每隔18个月，计算速度翻倍，费用减半）的步伐发展这天或许正在临近。

最新的技术竞争包含纳米孔测序法，这一驱动单链DNA分子逐一通过纳米孔实现测序的方法。这种策略有可能很快使得完整的DNA序列可以一气呵成地被读取，而不再需要将其进行切割、破译短片段和精心地再组装。
在人类基因组计划（HGP）的支持下，研究人员花费了13年的时间和30亿美金才实现了首次对人类基因组的测序，很快，这一成果就可以900美金的成本，每6小时60亿核苷酸碱基令人炫目的速率完成。这是英国牛津纳米孔技术公司（Oxford Nanopore Technologies）这一推动新测序技术开发的先锋做出的声明。

自上世纪90年代中期首次提出纳米孔测序这一看似不切实际的想法，到现在已经取得了巨大的进展。它的基本思路是，当纳米孔浸入到导电液中，给它加上电压，离子传导通过纳米孔将生成可测量的电流。这种电流对于纳米孔的大小和形状高度敏感，DNA丝状物中的每个核苷酸碱基会在移动时阻塞纳米孔，以一种可识别和重现的方式改变离子电流。
这种DNA“丝状物“是一种难于操作的材料——其非常的精细，大约5000条DNA链排列在一起相当于一根人类头发的宽度。以这样的比例寻找合适的小孔就是一种挑战。首先，探索是多孔的跨膜蛋白。由细菌生成的能够引起红细胞溶解的α溶血素(αHL)似乎是一种尤其有希望的候选物，给予了测序DNA所需的纳米孔直径。

自那时起，其他基于蛋白质的DNA孔道就在不断地被修修补补，直到近期还在对各种“固态“硅或石墨的纳米孔开展研究。它们更容易制备且它们的特性能够更精确地被控制。
根据Science综述当前的技术状况，纳米孔测序“似乎准备离开实验室”，并且一个基因组1000美元测序成本的梦想有可能近在咫尺，虽然仍然存在一些障碍。一个长期在单个碱基测序中存在的问题就是它们倾向于快速通过纳米孔以致无法单独地精确定位每个碱基。相反，在早期实验中测量电流反映的是一组碱基通过孔道生成的平均电流值。