第三代高通量測(cè)序技術(shù)簡(jiǎn)介--納米孔

     第一代Sanger法為DNA測(cè)序打開(kāi)了大門，但它高昂的費(fèi)用限制了在大規(guī)模測(cè)序工程上的使用。當(dāng)今發(fā)展迅猛的第二代高通量測(cè)序設(shè)備，包括Illumina的Solexa、Roche 454系列以及ABI的SOLiD系統(tǒng)等，使測(cè)序費(fèi)用大幅降低到60-1美元/megabase。 它們共同的缺點(diǎn)是每條讀出的DNA序列太短，大致在35-250之間，使得后續(xù)的裝配工作困難重重。

     現(xiàn)今，第三代測(cè)序設(shè)備也初露端倪�；�于一個(gè)納米級(jí)大小微孔的設(shè)備在將來(lái)有可能成為高通量、廉價(jià)且能得到較長(zhǎng)DNA序列的單分子測(cè)序方法。納米孔嚴(yán)格限制了DNA單鏈可以通過(guò)的空間，每次只允許一個(gè)核苷酸按照原有的次序通過(guò)。DNA分子通過(guò)納米孔時(shí)，它們的序列會(huì)被逐一分辨出。整個(gè)過(guò)程無(wú)需繁瑣的增擴(kuò)、標(biāo)示步驟。

圖一

 

     納米孔測(cè)序使用DNA合成和光學(xué)識(shí)別技術(shù)。目標(biāo)DNA被轉(zhuǎn)化為較長(zhǎng)的單鏈，每個(gè)原有的核苷酸被連續(xù)12次復(fù)制到新鏈上。經(jīng)過(guò)雜交后形成雙鏈結(jié)構(gòu)，進(jìn)入納米孔前，其中一條鏈將被剝離�？捎糜谥谱骷{米孔的材料比如氮化硅的厚度超過(guò)DNA分子的10-100倍，這就可能在同一時(shí)間內(nèi)有1個(gè)以上的核苷酸在隧道內(nèi)，引起互相干擾無(wú)法讀出正確的數(shù)據(jù)。因此有必要在新鏈上多次復(fù)制同一個(gè)核苷酸。

     荷蘭Kavli Institute of Nanoscience開(kāi)發(fā)出厚度僅為一個(gè)原子的新材料（graphene），是否能投入實(shí)際使用有待于進(jìn)一步檢驗(yàn)。

圖二

 

     每個(gè)納米微孔的開(kāi)閉由離子震蕩控制，α-溶血素明確地分辨出微孔是否有DNA分子（圖二 紅色部分）。DNA鏈進(jìn)入微孔的速率由電壓調(diào)節(jié)。