Nature子刊：將DNA測序精度提高1000倍
日期：2015-09-22 09:05:55
來自瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的科學家們開發出了一種方法，將DNA測序的精度提高了1000倍。利用納米孔來讀取單個核苷酸，這一方法為更好及更廉價的DNA測序鋪平了道路。
DNA測序是一種能夠確定DNA分子準確序列的技術。作為當前最重要的生物及醫學工具之一，它構成了基因組分析的核心。通過辨認基因的確切組成，科學家們可以檢測出突變，甚至識別出不同的生物體。一種強大的DNA測序方法利用了微小的納米孔來讀取通過的DNA。然而，由于DNA往往以極快的速度通過納米孔，“納米孔測序”錯誤率非常的高。EPFL的科學家們現在發現了一種粘性液體可以讓這一過程的速度減慢1000倍，大大提高了這一方法的分辨率和精度。這一突破性成果發布在《自然納米技術》（Nature Nanotechnology）雜志上。
讀取速度過快
DNA是由4種不同的重復構件組成的長分子。這些稱作為“核苷酸”的構件按各種組合串在一起，其中包含著了細胞的遺傳信息，如基因。基本上，這4種核苷酸構成了所有的遺傳語言。DNA測序就是通過設法譯解這一語言，將其分解為單個的堿基。
在納米孔測序過程中，DNA就像線穿過針一樣地通過膜中的微小孔道。這一孔道中包含有電流，當每個核苷酸通過這一孔道時，它們會以各自的方式阻止電流，由此可以識別出這些核苷酸。盡管這種方法很強大，但它卻受到高速度的困擾：DNA通過孔道的速度過快，使得無法以足夠的精度來讀取它。
放慢速度
EPFL生物工程研究所Aleksandra Radenovic實驗室現在利用一種粘性液體將DNA通過的速度減慢了2-3個數量級，攻克了這一問題。由此，將測序精度提高至單核苷酸。
這項研究是由馮建東（Jiandong Feng，音譯）、劉科（Ke Liu，音譯）與Andras Kis實驗室的同事們共同完成。兩位研究人員開發出了一種由二硫化鉬(MoS2)構成的、厚度僅為0.7 nm的膜。研究小組隨后在膜上制造出了大約3 nm寬的納米孔。
接下來是將DNA溶解在包含帶電離子的粘液中，研究人員可以微調粘液的分子結構來改變它的“粘度梯度”。這一液體屬于一種“室溫離子液體”，其實際上是一種鹽溶液。EPFL的科學家利用了液體的可調性，將其達到了一種足以減慢DNA的理想粘度梯度。
最后，研究小組通過讓溶解在液體中的已知核苷酸多次通過納米孔測試了他們的系統。這使得研究人員能夠獲得每個核苷酸的平均讀值，然后利用讀值來鑒別出它們。
盡管仍處于測試階段，研究小組打算繼續他們的研究工作來測試完整的DNA鏈。馮建東說：“我們正在尋找機會商業化這一技術。”
科學家們預測，利用高端電子產品及控制液體的粘度梯度還可以進一步優化這一系統。通過結合離子液體及二硫化鉬薄膜納米孔，他們希望構建出能獲得更好輸出結果的、更廉價的DNA測序平臺。
這項工作提供了一種創新的方法改進當前最好的一種DNA測序技術。“在未來的數年里，測序技術將肯定會從研究轉向臨床。因此，我們需要快速及價格實惠的DNA測序——納米孔技術可以實現這一目標，”Aleksandra Radenovic說。
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