基於納米孔的攜帶型DNA測序儀提供超長讀長

攜帶型DNA測序儀公司Oxford Nanopore Technologies在2012年發布了相當於一般USB隨身硬碟大小的USB測序裝置，其尺寸比一副紙牌更小。儘管具有創新性，但也存在不少問題——包括有一點延遲，有時也不太準確。該測序儀可從雙螺旋結構中取得單鏈DNA，並經由蛋白質納米孔傳送少量的電流。

根據美國科技網站Ars Technica報導，DNA的4個鹼基（A、C、G、T）能以不同方式改變納米孔兩側電流與電壓，通過測量該電流與電壓的變化，就能分別對於單鏈DNA進行測序。

六年後的今天，研究人員由於關注這些蛋白質納米孔的特性，發現了該測序儀的新用途。在日前發表於《自然生物技術》（Nature Biotechnology）期刊的論文中，英國伯明罕大學的研究人員介紹該測序儀所提供的超長讀長（long read），以及如何將它用於為先前抗拒表徵的人類基因組進行測序。該裝置還可用於決定來自另一個基因的兩組染色體，為整個基因組測位表觀遺傳學控制的區域。

該測序儀的新用途是由英國伯明罕大學微生物與感染學研究所教授Nick Loman和博士研究生Josh Quick共同開發的。Quick在發展讀長方法方面扮演重要角色。

雖然該測序儀仍然易於出錯，但比起具有較高準確度的測序儀發生錯誤時卻更勝一籌，特別是在讀取具有超過200個鹼基的DNA時。當DNA重複時，其他的軟體程序也沒輒了。而當高度準確的裝置搭配Oxford Nanopore的小型裝置使用時，可實現一種提供序列的折衷方案，並顯示該序列如何形成更大的部分。

該研究採用不同的軟體解決方案和電壓數據詮釋信息，探索幾種產生最佳納米孔測序的方法。研究人員以多種方法進行多次讀取和繪圖，最終達到了99.44%的準確率。

Ars Technica的報導中解釋，因為我們繼承了分別來自父母的兩個複製染色體——儘管版本不同，但底層的DNA是相同的。這意味著短讀長的DNA無法確定二者分別為何。因此，納米孔提供的長讀取極其關鍵。在實驗過程中，研究人員發現其讀長高達88.2萬個鹼基，這是在最初的基因組測序計劃中無法實現的。研究人員並預測，這項新的應用將有助於填補原始基因組計劃中的所有空缺。

研究人員在研究過程中確實也遇到了一些挑戰。他們發現用於保存DNA信息的通用檔案規格無法處理過長的序列，導致分析軟體出現故障。當然，如果能更新軟體使其包含這項功能，那麼未來應用可能性是無止境的。

Loman說：「即使是在一年前，實際上也還難以對整個人類的基因組進行測序，但得力於納米孔等技術近來的進展和創新，我們現在已能測序非常長的基因組片段。」他還把這種測序方法比喻為拼圖。

「在這項研究中，最重要的發現之一是，即使完成了人類基因組參考或者認為已經完成一段時間了，它仍然包含許多不足的部分，我們開發的新方法採用納米孔定序發展出超長讀長，從而縮短了序列中的一些差距。」

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