便攜式DNA測序儀公司Oxford Nanopore Technologies在2012年發(fā)表了相當于一般U盤(pán)大小的USB測序設備，其尺寸比一副紙牌更小。盡管具有創(chuàng )新性，但也存在不少問(wèn)題——包括有一點(diǎn)延遲，有時(shí)也不太準確。該測序儀可從雙股螺結構中取得單鏈DNA，并經(jīng)由蛋白質(zhì)孔傳送少量的電流。

根據美國科技網(wǎng)站Ars Technica報導，DNA的4個(gè)堿基(A、C、G、T)能以不同方式改變納米孔兩側電流與電壓，透過(guò)測量該電流與電壓的變化，就能分別對于單鏈DNA進(jìn)行測序。

六年后的今天，研究人員由于關(guān)注這些蛋白質(zhì)納米孔的特性，發(fā)現了該測序儀的新用途。在日前發(fā)表于《自然生物技術(shù)》(Nature Biotechnology)期刊的論文中，英國伯明翰大學(xué)的研究人員介紹該測序儀所提供的超長(cháng)讀長(cháng)(long read)，以及如何將它用于為先前抗拒表征的人類(lèi)基因組進(jìn)行測序。該設備還可用于決定來(lái)自另一個(gè)基因的兩組染色體，為整個(gè)基因組定位表觀(guān)遺傳學(xué)控制的區域。

該測序儀的新用途是由英國伯明翰大學(xué)(University of Birmingham)微生物與感染學(xué)研究所教授Nick Loman和博士班研究生Josh Quick共同開(kāi)發(fā)的。Quick在發(fā)展讀長(cháng)方法方面扮演重要角色。

雖然該測序儀仍然易于出錯，但比起具有較高準確度的測序儀發(fā)生錯誤時(shí)卻更勝一籌，特別是在讀取具有超過(guò)200個(gè)堿基的DNA時(shí)。當DNA重復時(shí)，其他的軟件程序也沒(méi)輒了。而當高度準確的設備搭配Oxford Nanopore的小型設備使用時(shí)，可實(shí)現一種提供序列的折衷方案，并顯示該序列如何形成更大的部份。

該研究采用不同的軟件解決方案和電壓數據詮釋數據，探索幾種產(chǎn)生最佳納米孔測序的方法。研究人員以多種方法進(jìn)行多次讀取和繪圖，最終達到了99.44%的準確率。

Ars Technica的報導中解釋?zhuān)驗槲覀兝^承了分別來(lái)自父母的兩個(gè)復制染色體——盡管版本不同，但底層的DNA是相同的。這意味著(zhù)短讀長(cháng)的DNA無(wú)法確定二者分別為何。因此，納米孔提供的長(cháng)讀取極其關(guān)鍵。在實(shí)驗過(guò)程中，研究人員發(fā)現其讀長(cháng)高達88.2萬(wàn)個(gè)堿基，這是在最初的基因組測序計劃中無(wú)法實(shí)現的。研究人員并預測，這項新的應用將有助于填補原始基因組計劃中的所有空缺。

研究人員在研究過(guò)程中確實(shí)也遇到了一些挑戰。他們發(fā)現用于保存DNA數據的通用檔案規格無(wú)法處理過(guò)長(cháng)的序列，導致分析軟件出現故障。當然，如果能更新軟件使其包含這項功能，那么未來(lái)應用可能性是無(wú)止境的。

Loman說(shuō)：“即使是在一年前，實(shí)際上也還難以對整個(gè)人類(lèi)的基因組進(jìn)行測序，但得力于納米孔等技術(shù)近來(lái)的進(jìn)展和創(chuàng )新，我們現在已能測序非常長(cháng)的基因組片段。”他還把這種測序方法比喻為拼圖。

“在這項研究中，最重要的發(fā)現之一是，即使完成了人類(lèi)基因組參考或者認為已經(jīng)完成一段時(shí)間了，它仍然包含許多不足的部份，我們開(kāi)發(fā)的新方法采用納米孔測序發(fā)展出超長(cháng)讀長(cháng)，從而縮短了序列中的一些差距。”