英國(guó)伯明翰大學(xué)(University of Birmingham)研究人員透過(guò)納米孔技術(shù)為Oxford Nanopore測(cè)序儀開(kāi)發(fā)超長(zhǎng)讀長(zhǎng)，并擴(kuò)展其功能為整個(gè)基因組進(jìn)行測(cè)序。

 

便攜式DNA測(cè)序儀公司Oxford Nanopore Technologies在2012年發(fā)表了相當(dāng)于一般U盤(pán)大小的USB測(cè)序設(shè)備，其尺寸比一副紙牌更小。盡管具有創(chuàng)新性，但也存在不少問(wèn)題——包括有一點(diǎn)延遲，有時(shí)也不太準(zhǔn)確。該測(cè)序儀可從雙股螺結(jié)構(gòu)中取得單鏈DNA，并經(jīng)由蛋白質(zhì)孔傳送少量的電流。

 

根據(jù)美國(guó)科技網(wǎng)站Ars Technica報(bào)導(dǎo)，DNA的4個(gè)堿基(A、C、G、T)能以不同方式改變納米孔兩側(cè)電流與電壓，透過(guò)測(cè)量該電流與電壓的變化，就能分別對(duì)于單鏈DNA進(jìn)行測(cè)序。

 

六年后的今天，研究人員由于關(guān)注這些蛋白質(zhì)納米孔的特性，發(fā)現(xiàn)了該測(cè)序儀的新用途。在日前發(fā)表于《自然生物技術(shù)》(Nature Biotechnology)期刊的論文中，英國(guó)伯明翰大學(xué)的研究人員介紹該測(cè)序儀所提供的超長(zhǎng)讀長(zhǎng)(long read)，以及如何將它用于為先前抗拒表征的人類基因組進(jìn)行測(cè)序。該設(shè)備還可用于決定來(lái)自另一個(gè)基因的兩組染色體，為整個(gè)基因組定位表觀遺傳學(xué)控制的區(qū)域。

 

該測(cè)序儀的新用途是由英國(guó)伯明翰大學(xué)(University of Birmingham)微生物與感染學(xué)研究所教授Nick Loman和博士班研究生Josh Quick共同開(kāi)發(fā)的。Quick在發(fā)展讀長(zhǎng)方法方面扮演重要角色。

 

雖然該測(cè)序儀仍然易于出錯(cuò)，但比起具有較高準(zhǔn)確度的測(cè)序儀發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)卻更勝一籌，特別是在讀取具有超過(guò)200個(gè)堿基的DNA時(shí)。當(dāng)DNA重復(fù)時(shí)，其他的軟件程序也沒(méi)輒了。而當(dāng)高度準(zhǔn)確的設(shè)備搭配Oxford Nanopore的小型設(shè)備使用時(shí)，可實(shí)現(xiàn)一種提供序列的折衷方案，并顯示該序列如何形成更大的部份。

 

該研究采用不同的軟件解決方案和電壓數(shù)據(jù)詮釋數(shù)據(jù)，探索幾種產(chǎn)生最佳納米孔測(cè)序的方法。研究人員以多種方法進(jìn)行多次讀取和繪圖，最終達(dá)到了99.44%的準(zhǔn)確率。

 

Ars Technica的報(bào)導(dǎo)中解釋，因?yàn)槲覀兝^承了分別來(lái)自父母的兩個(gè)復(fù)制染色體——盡管版本不同，但底層的DNA是相同的。這意味著短讀長(zhǎng)的DNA無(wú)法確定二者分別為何。因此，納米孔提供的長(zhǎng)讀取極其關(guān)鍵。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)其讀長(zhǎng)高達(dá)88.2萬(wàn)個(gè)堿基，這是在最初的基因組測(cè)序計(jì)劃中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。研究人員并預(yù)測(cè)，這項(xiàng)新的應(yīng)用將有助于填補(bǔ)原始基因組計(jì)劃中的所有空缺。

 

研究人員在研究過(guò)程中確實(shí)也遇到了一些挑戰(zhàn)。他們發(fā)現(xiàn)用于保存DNA數(shù)據(jù)的通用檔案規(guī)格無(wú)法處理過(guò)長(zhǎng)的序列，導(dǎo)致分析軟件出現(xiàn)故障。當(dāng)然，如果能更新軟件使其包含這項(xiàng)功能，那么未來(lái)應(yīng)用可能性是無(wú)止境的。

 

Loman說(shuō)：“即使是在一年前，實(shí)際上也還難以對(duì)整個(gè)人類的基因組進(jìn)行測(cè)序，但得力于納米孔等技術(shù)近來(lái)的進(jìn)展和創(chuàng)新，我們現(xiàn)在已能測(cè)序非常長(zhǎng)的基因組片段。”他還把這種測(cè)序方法比喻為拼圖。

 

“在這項(xiàng)研究中，最重要的發(fā)現(xiàn)之一是，即使完成了人類基因組參考或者認(rèn)為已經(jīng)完成一段時(shí)間了，它仍然包含許多不足的部份，我們開(kāi)發(fā)的新方法采用納米孔測(cè)序發(fā)展出超長(zhǎng)讀長(zhǎng)，從而縮短了序列中的一些差距。”





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