日前，來自哥倫比亞大學、哈弗大學及美國國家標準技術局的研究人員報道了使用蛋白納米孔陣列實現(xiàn)了單堿基分辨率的實時單分子電子DNA測序，相關結果以《Real-Time Single Molecule Electronic DNA Sequencing by Synthesis Using Polymer Tagged Nucleotides on a Nanopore Array》為題發(fā)表在PNAS雜志上。

　　基因測序是實現(xiàn)個性化醫(yī)療和精準醫(yī)學的關鍵技術，推動了生物醫(yī)學領域的快速發(fā)展，完整的個人基因組序列為醫(yī)療診斷及醫(yī)療保健提供了重要的標志和指導方針。目前，獲取高精度序列面臨著成本和速度兩大挑戰(zhàn)。在過去的十幾年中，測序取得了很大的進展，目前廣泛使用的高通量技術依賴于對DNA四個堿基的光學檢測，為了探討可替代的檢測技術，逐漸發(fā)展起DNA模板的電子測序，并應用于遺傳學分析。

　　PNAS和Nature子刊：實時單分子電子DNA測序

　　近兩年開發(fā)的納米孔測序，依賴于單鏈DNA通過納米孔時在電壓的作用下產生了可用于序列檢測的電子信號，然而，由于DNA四個堿基的化學結構非常相似，因此不容易通過這種方法來區(qū)分，因此研究者們一直致力于尋找和發(fā)展一個精準的單分子電子DNA測序平臺，以生產一種小型化的能夠破譯基因組的DNA測序儀。

　　2012年，研究人員曾在《Scientific Reports》報道了納米孔測序單分子邊合成邊測序（SBS）的原理。如今，研究人員在PNAS上描述了利用完整的SBS系統(tǒng)產生的單堿基水平單分子電子測序數(shù)據(jù)。SBS系統(tǒng)通過在四個堿基分別標記上不同的聚合物，聚合酶會將標記的核苷酸添加到DNA鏈上，同時釋放出聚合物標簽，這些標簽通過納米孔時引起電流變化，根據(jù)不同標簽造成的電信號差異，可以準確分辨出相應的堿基。

　　研究人員將聚合酶栓系在α-hemolysin納米孔上，在芯片上排除納米孔陣列，隨后用多重化的納米孔傳感器搭建了高通量的測序平臺，該平臺使用多聚物標記的核苷酸，可在單分子水平上對多個DNA模板進行平行測序，通過這種方式，研究人員獲得了實時的單分子測序數(shù)據(jù)。

　　優(yōu)化措施多，發(fā)展空間大

　　研究人員表示，“納米孔SBS方法的新穎性要從設計、合成及四種堿基不同聚合物標記的選擇講起，我們用DNA聚合酶共價連接到納米孔和聚合物標記物的堿基上，在DNA復制過程中，帶有聚合物標記的堿基通過堿基互補原則連接到待測序的鏈上，通過納米孔時釋放出獨特的信號，就是這種獨特信號幫助我們實現(xiàn)實時單分子測序，同時克服了納米孔測序面臨的障礙。此外，可對聚合物標記的大小、電荷和結構進行改進，從而實現(xiàn)最佳分辨率的SBS系統(tǒng)，該項目為精準醫(yī)學提供了前所未有的具有成本效益的遺傳診斷平臺”。

　　據(jù)研究人員表示，目前基于SBS的測序儀所產生的數(shù)據(jù)遠遠超過PNAS所報道。最近已經實現(xiàn)了超過1000個堿基的讀取長度。談及未來，研究人員表示將繼續(xù)調整連接器及在分子水平上調整聚合物標記的結構和電荷來優(yōu)化該系統(tǒng)，希望最終能在該系統(tǒng)上實現(xiàn)準確、快速和低成本的全人類基因組測序，并用于常規(guī)的醫(yī)學診斷。