人类基因组测序或将只需数分钟

2011-1-25 09:29 来源: 纳米快报
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  来自伦敦帝国理工学院的科学家正在开发一种技术,它能够在几分钟内完成个人基因组的测序,且费用比目前的技术要低得多。研究人员已经将这项原型技术申请专利,其研究成果发表在近期的《纳米快报》(Nano Letters)杂志上。

  在这个新研究中,研究人员证明能在50nm孔中利用电荷高速推动DNA链。当DNA链出现在芯片后面时,它的编码序列被一种电极隧道接头(tunnelling electrode junction,生物通译)读取。电线之间的2nm间隔支持一种电流,它能与每个碱基的不同电信号相互作用。然后,一台强大的计算机能够解析碱基的信号,以构建出基因组序列。

  一直以来,因纳米孔测序的高速和高通量,它被认为是DNA测序技术的重大进步。在典型的纳米孔实验中,生物分子在电力驱动下穿过一个外加电场的纳米孔。这导致孔内离子电流的特征性阻断。通过分析,能提取出有关分子性质的一些信息,如长度、成分以及与其他分子的相互作用。但是,目前基于粒子电流阻断或荧光的检测似乎还缺乏时空的分辨率,不能获得结构信息。

  而另一种基于DNA的隧道运输的检测方法有望打破这些限制。因其源于量子力学,隧道电流随距离迅速衰减,从而提高空间分辨率,还提供了分子的特异性。

  帝国理工学院化学系的Emanuele Instuli博士解释了研究时面临的挑战:“直到现在还很难精确对齐接头和纳米孔。此外,对这种尺寸电线的改造接近原子规模,实际上已达现有仪器的极限。然而,在实验中,我们能够让两个铂电线进入电极接头,其间隔足够小,让电流能够通过。”

  研究人员通过隧道光谱学鉴定出有功能的隧道装置,随后第一次证明能在纳米孔平台上同时进行隧道检测和DNA分子的离子电流检测。这是迈向超快DNA隧道测序的重要一步。

  与现有技术相比,这项技术有几个明显优势:纳米孔测序很快、很简单;硅芯片比目前使用的一些易损材料更耐用,它们能够处理、洗涤、并重新使用很多次,而完全不会折损其性能。

  作者之一,化学系Joshua Edel博士谈到:“与目前的技术相比,这个装置能够带来更廉价的测序:只需几美元而已。我们还未试过全基因组测序,但是初期实验表明理论上能够在几分钟内完成人类基因组的全基因组扫描。它显然快得多,更可靠,且有望放大成一种装置,每秒钟读取1千万个碱基。”