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6年前发布的一款U盘DNA测序仪,如今有了新用途

英国伯明翰大学(University of Birmingham)研究人员透过纳米孔技术为Oxford Nanopore测序仪开发超长读长,并扩展其功能为整个基因组进行测序。

便携式DNA测序仪公司Oxford Nanopore Technologies在2012年发表了相当于一般U盘大小的USB测序设备,其尺寸比一副纸牌更小。尽管具有创新性,但也存在不少问题——包括有一点延迟,有时也不太准确。该测序仪可从双股螺结构中取得单链DNA,并经由蛋白质孔传送少量的电流。T8oesmc

根据美国科技网站Ars Technica报导,DNA的4个碱基(A、C、G、T)能以不同方式改变纳米孔两侧电流与电压,透过测量该电流与电压的变化,就能分别对于单链DNA进行测序。T8oesmc

六年后的今天,研究人员由于关注这些蛋白质纳米孔的特性,发现了该测序仪的新用途。在日前发表于《自然生物技术》(Nature Biotechnology)期刊的论文中,英国伯明翰大学的研究人员介绍该测序仪所提供的超长读长(long read),以及如何将它用于为先前抗拒表征的人类基因组进行测序。该设备还可用于决定来自另一个基因的两组染色体,为整个基因组定位表观遗传学控制的区域。T8oesmc

该测序仪的新用途是由英国伯明翰大学(University of Birmingham)微生物与感染学研究所教授Nick Loman和博士班研究生Josh Quick共同开发的。Quick在发展读长方法方面扮演重要角色。T8oesmc

虽然该测序仪仍然易于出错,但比起具有较高准确度的测序仪发生错误时却更胜一筹,特别是在读取具有超过200个碱基的DNA时。当DNA重复时,其他的软件程序也没辄了。而当高度准确的设备搭配Oxford Nanopore的小型设备使用时,可实现一种提供序列的折衷方案,并显示该序列如何形成更大的部份。T8oesmc

该研究采用不同的软件解决方案和电压数据诠释数据,探索几种产生最佳纳米孔测序的方法。研究人员以多种方法进行多次读取和绘图,最终达到了99.44%的准确率。T8oesmc

Ars Technica的报导中解释,因为我们继承了分别来自父母的两个复制染色体——尽管版本不同,但底层的DNA是相同的。这意味着短读长的DNA无法确定二者分别为何。因此,纳米孔提供的长读取极其关键。在实验过程中,研究人员发现其读长高达88.2万个碱基,这是在最初的基因组测序计划中无法实现的。研究人员并预测,这项新的应用将有助于填补原始基因组计划中的所有空缺。T8oesmc

研究人员在研究过程中确实也遇到了一些挑战。他们发现用于保存DNA数据的通用档案规格无法处理过长的序列,导致分析软件出现故障。当然,如果能更新软件使其包含这项功能,那么未来应用可能性是无止境的。T8oesmc

Loman说:“即使是在一年前,实际上也还难以对整个人类的基因组进行测序,但得力于纳米孔等技术近来的进展和创新,我们现在已能测序非常长的基因组片段。”他还把这种测序方法比喻为拼图。T8oesmc

“在这项研究中,最重要的发现之一是,即使完成了人类基因组参考或者认为已经完成一段时间了,它仍然包含许多不足的部份,我们开发的新方法采用纳米孔测序发展出超长读长,从而缩短了序列中的一些差距。”T8oesmc

编译:Susan HongT8oesmc

本文为Aspencore旗下ESM姐妹媒体《电子工程专辑》授权编译自EE Times,谢绝转载。T8oesmc

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