納米孔測序的想法起始于25年前，2012年5月4日《Science》首次報道了Oxford Nanopore公司研制的納米孔測序儀樣機——MinION，用于破譯病毒DNA。然而MinION的發(fā)展歷程并不那么順利，英國牛津大學基因組學中心基因組學家Rory Bowden說，“眾所周知，在每次讀取的水平上，MinION不是很精確”。2014年2月《Science》表示為了正確讀取每個堿基，納米孔的數(shù)據(jù)必須結合常規(guī)測序數(shù)據(jù)進行分析。2016年2月3日，《Nature》闡述了納米孔測序現(xiàn)場檢測埃博拉病毒的成功例子， 2016年2月19日，《Science》以《Pocket DNA sequencers make real-time diagnostics a reality》為題，再次闡述了納米孔測序的未來。 

MinION一直在探索的路上

到目前為止，大多數(shù)的測序是通過構建待測鏈的互補鏈而實現(xiàn)，同時必須用化學標記堿基，以方便確定它們是否被逐一加到新鏈中，此外這種技術將產(chǎn)生許多需要拼接的小片段。納米孔的方法可更直接地閱讀堿基，當單鏈DNA通過微孔時，每個堿基以獨有的方式中斷孔隙中的離子流以揭示其身份。在納米孔測序之前，基因測序需要大量的設備、時間及金錢。而納米孔測序的問世，使“行李箱中的基因測序成為了可能”，然而，迄今為止只有一家公司生產(chǎn)此類測序儀，且準確率比較低下。

在過去兩年里，數(shù)以百計的實驗室在嘗試MinION。例如，上個月新加坡基因組研究所計算機生物學家Niranjan Nagarajan領導的團隊報道了一種無需修改測序程序便可提高測序精確度的方法。該研究團隊利用MinION來確定皮膚或糞便樣本中的細菌。為了區(qū)分細菌物種，研究人員測定了每個樣本的16s核糖體基因序列。傳統(tǒng)的測序方法只能檢測出基因的一部分，有時不足以進行陽性分析。MinION可捕獲更多甚至是全部的基因信息，這使得物種的鑒定更加精確——若序列足夠精確。

為了提高準確性，Nagarajan利用化學物質(zhì)將16S基因制成環(huán)形，并添加特殊的DNA復制酶對環(huán)形DNA進行復制，從而產(chǎn)生多個重復的DNA片段。當每個字符串經(jīng)過MinION孔時，16S基因便被多次測序，大約重復6次測序足以保證精準識別每個堿基。研究人員于1月27日在《bioRxiv》公布了該結果。 

《Nature》和《Science》共述，MinION可實現(xiàn)實時診斷

2016年2月3日，《Nature》首次報道了利用納米孔測序?qū)Π２├�患者樣本進行實時測序的成功例子，同時2月19日《Science》也對此事件進行了闡述，《Science》表示埃博拉現(xiàn)場測序的成功取決于MinION精準度的提高，在現(xiàn)場檢測埃博拉病毒序列的同時，其他研究人員在實驗室中調(diào)整樣品制備和數(shù)據(jù)分析以提高設備的精度和速度。

英國伯明翰大學微生物基因組學家Nicholas Loman及其同事意識到可從堿基通過孔隙時離子流的變化進一步提取堿基的信息。巴爾的摩約翰霍普金斯大學生物醫(yī)學工程師Winston Timp說，電流信號中蘊藏著更多的信息。每個堿基信號都受其兩側(cè)周圍的影響。聯(lián)合使用分析“波形曲線”的新的計算機程序(該程序由多倫多安大略癌癥研究所 Jared Simpson等人研發(fā))，該研究團隊決定單獨使用納米孔數(shù)據(jù)來分析細菌序列。

隨后研究人員將他們的序列帶到西非，在那里他們成功地從患者身上檢測出了148株埃博拉病毒基因組。即使在田間條件下，研究人員也可在24小時內(nèi)完成一個基因組測序，研究人員表示，實時分析病原體將觸手可及。

生態(tài)學家、公共衛(wèi)生官員、流行病理學家、食品安全官員以及其他人員都將受益于此。參與研發(fā)該測序儀的加州大學分子生物學家Mark Akeson說，“納米孔測序的出發(fā)點是在星球上進行DNA測序，是一種民主化測序�！�

（轉(zhuǎn)載來源：轉(zhuǎn)化醫(yī)學網(wǎng)）