遗传学大牛PNAS公布一项最新测序技术

2016-10-17 14:23 来源: 生物通
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  未来个性化医学,医生可能仅仅通过分析一份唾液样品,就能快速收集到患者谋者疾病的患病风险,以及最适合他的治疗方式。然而目前的新一代技术依然是一个很费钱的事。

  来自哈佛大学Wyss研究所的著名遗传学家George M. Church开发了一种新的电子DNA测序平台,这一平台基于生物工程纳米孔,能帮助克服现有测序技术的局限性。这一研究成果公布在10月12日《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志在线版上。

  “在这项研究中,我们探索了一种高扩展性,精确,单分子DNA测序平台,可以利用环境中广泛的基因组样品,低成本,长DNA读长,从而可以用于转化精确医学上,”Church说。

  自上世纪90年代,Church等人就一直致力于寻找可以利用纳米孔测序-合成(Nanopore-SBS)的方法来替代DNA测序的技术。将单链DNA拉过蛋白孔,检测碱基穿过时电导的微小改变,这就是纳米孔测序的这基础理论,这一理论发现已经有十几年历史了。从第一篇论文到纳米孔测序的成形,这条道路并不是一帆风顺的。

  今年上半年,Church与哥伦比亚大学的车靖岳(Jingyue Ju)合作,开发了基于纳米孔的单分子边合成边测序(SBS)系统。他们将聚合酶拴系在α-hemolysin纳米孔上,在芯片上排出纳米孔阵列。随后他们用多重化的纳米孔传感器搭建了高通量的测序平台。这个平台使用多聚物标记的核苷酸,可以在单分子水平上对多个DNA模板进行平行测序。研究人员通过这种方式获得了实时的单分子测序数据,分辨率达到了单碱基水平。

  “纳米孔测序的一个关键问题在于缺乏准确性。这是因为互补DNA链的合成是向着纳米孔接近,这会在孔中产生冗杂电子信号,导致不再与单个原初DNA模版分子相符。但是我们现在开发出了新的测序机器,能获得可靠的测序结果,也可以用于不同的DNA模版,并且能与上百个纳米孔组合,”文章第一作者之一,Church实验室的博士后研究员P. Benjamin Stranges说。

  这个新的测序机器包括7个蛋白质亚基,共同组成了一个复杂的纳米孔,其中只有一个可以在正确的孔道开放时间,正确的位置特异性与DNA聚合酶共轭。

  此外,这一引擎还能同时在同一张芯片上单独分析多个DNA序列,这比传统的低通量测序技术要快,要便宜,而且通量也更加高,可以用于降低临床的测序成本。

  “我们能识别出79%-99%之间的正确核苷酸,背景噪音捕获少于1.2%,”另外一位第一作者Mirkó Palla说,“这是纳米孔-SBS系统的一个显著进步。”

  “这项技术是一个典型的例子,即我们对于活体生物在分子水平上的深入了解,能促进巨大的技术进步,”Wyss研究院主任Donald Ingbe博士说,将生物大分子机器与合成膜结合在一起,然后整合到常规电子机器中去,就能创造一种全新的低成本基因诊断技术。