基于納米孔的第三代測序技術：每個人支付得起的基因測序

典型的納米孔測序過程示意圖

　　最近的一項研究發現，在低NaCl濃度下長鏈DNA更利于納米孔測序，這為納米孔測序技術的發展提供了線索。

　　這篇名為“鏈長對DNA構象及摩擦行為的影響”的研究論文發表于《中國科學：技術科學》英文版2013年第12期，從摩擦學角度初步探討了不同鏈長DNA在納米孔測序過程中的構象及摩擦行為的變化，由西南交通大學機械工程學院錢林茂教授擔任通訊作者撰寫。

　　作為遺傳信息的載體，準確探測DNA序列能從根本上治療及預防諸多疾病。人類基因組計劃使用第一代Sanger測序技術，耗時十幾年，直接花費超過10億美元。以Roche公司454技術為代表的第二代基因測序技術僅需一周就能完成人類個體基因組測序，花費不到100 萬美元。近年來嶄露頭角的基于納米孔的第三代基因測序技術通過檢測DNA分子通過納米孔時產生的特征阻塞電流來探測DNA序列(圖1)。此項技術憑借快速、精確、低成本的優勢，有望完成美國國立衛生研究院(NIH)設定的只用1000美元完成個人基因組測序的目標。然而目前仍有一些關鍵問題亟需解決：例如彎曲纏繞的DNA分子難以進入納米孔;過快的過孔速度使電流信號的檢測更加困難。因此，DNA分子的構象及其與納米孔孔壁間的作用力對測序過程有著重要影響，研究鹽濃度及鏈長對DNA分子構象及其摩擦學行為的影響十分必要。

　　在之前的研究中，錢林茂教授與其團隊發現，較低的NaCl濃度能使DNA形成更為伸展的分子構象并且增大 DNA與納米孔孔壁間摩擦力，這些均利于納米孔測序的進行。在該項研究中，錢教授與其團隊發現隨著鏈長的增大，DNA分子較為伸展，使其能夠更為順利地進入納米孔;同時在低載下鏈長對DNA與孔壁間的摩擦力影響較小，說明納米孔測序技術能適用于各種鏈長的DNA分子。因此，在低NaCl濃度下長鏈DNA更利于納米孔測序。

　　“今后，隨著納米孔測序技術的發展，每個人都能負擔得起自身的基因測序。”錢教授說道，“基于我們的研究結果，納米孔測序技術不會被DNA的鏈長所限制，也就是說更長的讀取長度有望實現，有助于提高測序效率，從而降低測序的成本。”

　　該研究結果有助于理解NaCl濃度及鏈長對DNA分子構象及其摩擦學行為的調控機理，并對基于納米孔的第三代基因測序技術的發展具有重要的指導意義。目前，該團隊已開始進一步地研究納米孔測序中各項參數的優化。

　　錢教授表示，除了優化納米孔測序過程中的各個參數，還有很多基礎研究需要完成，他們的團隊也將進行進一步的探索。