Science：新型納米孔測序技術
日期：2012-05-30 08:07:37
快速的DNA測序有可能很快成為每個人醫療記錄的例行工作的一部分，揭示出過去隱藏在人類基因組30億個核苷酸堿基中的龐大的信息。《科學》（Science）雜志介紹了在測序技術方面的一些最新的進展。
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Lindsay的技術依賴于讀取的一對金電極之間捕獲的一個DNA核苷酸組成的小電路中的電流。這些跨過納米孔的電極是通過使掃描隧道顯微鏡（STM）針尖（tip）功能化制造而成，帶有能夠結合單個DNA堿基的分子，這些分子通過納米孔伸出它們的頭部。
Lindsay用Recognition Tunneling命名了他的測序方法，其依賴于帶有傳感化合物的兩個電極其中的一個來識別孔道，另一個帶有核苷酸靶標的電極被感知。當傳感化合物和靶向自組裝（self-assembles）連接起來就會生成一個信號關閉電流。
在這種類型的連接中，分離電極的長度下降到分子尺度，電子可以表現出與量子亞原子世界相關的異常行為，在經典物理學禁止的情況下通過障礙物。在這種情況下，4個核苷酸的每一個應該會生成一個標記穿孔電流，當DNA通過納米孔時可用于對DNA逐個堿基測序。短暫捕獲每個堿基給予了進行準確鑒別的時間，隨后被釋放，DNA絲狀物繼續在孔道中移行。
用穿孔電流替代離子電流有可能相當大地提高測序分辨率，在最新的研究中，Lindsay小組證實多參數分析穿孔生成的電流尖脈沖確實能夠通過功能化電極間的氫鍵（hydrogen bonding）短暫阻止每一個DNA堿基，從而鑒別它。
除了以超過90%的準確率精確指出核苷酸的特性，該技術該可以鑒別出環境基因修飾例如甲基化。這代表測序的一個重大的進步，因為這一對于基因組的表觀遺傳學修飾對于研究人類健康與疾病，包括胚胎和產后發育以及癌癥均具有深遠的意義。
論文還描述了一種分析穿孔信號的新方法。Lindsay研究小組利用了機器學習來訓練計算機識別DNA堿基。這種機器可讀取四個堿基（A,T, C和G）以及攜帶表觀遺傳學代碼的“第5堿基”——甲基，在單分子讀值上具有96%的準確率。
Lindsay 說：“Oxford Nanopore在利用離子電流進行納米孔測序上取得了巨大的突破，在Science雜志的NEWSFOCUS故事中進行了聚焦。但是我們認為Recognition Tunneling.的超敏性和化學分辨率可將更多的帶到表格中?！?/SPAN>
羅氏制藥公司（Roche Pharmaceuticals）近期獲得了這一技術的授權。
快速測序高風險的競賽似乎進入了沖刺階段，新的驚喜有可能就在終點線前。一旦跨越，個體化醫學時代就會到來。對于人類健康與疾病的基因組檢測的大量新認識幾乎可以肯定會隨之而來。
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