根據美國科技網站Ars Technica報導, DNA的4個堿基(A, C, G, T)能以不同方式改變奈米孔兩側電流與電壓, 透過測量該電流與電壓的變化, 就能分別對於單鏈DNA進行定序.
六年後的今天, 研究人員由於關注這些蛋白質奈米孔的特性, 發現了該定序儀的新用途. 在日前發表於《自然生物技術》(Nature Biotechnology)期刊的論文中, 英國伯明罕大學的研究人員介紹該定序儀所提供的超長讀長(long read), 以及如何將它用於為先前抗拒表徵的人類基因組進行定序. 該裝置還可用於決定來自另一個基因的兩組染色體, 為整個基因組定位表觀遺傳學控制的區域.
該定序儀的新用途是由英國伯明罕大學(University of Birmingham)微生物與感染學研究所教授Nick Loman和博士班研究生Josh Quick共同開發的. Quick在發展讀長方法方面扮演重要角色.
雖然該定序儀仍然易於出錯, 但比起具有較高準確度的定序儀發生錯誤時卻更勝一籌, 特別是在讀取具有超過200個堿基的DNA時. 當DNA重複時, 其他的軟體程式也沒輒了. 而當高度準確的裝置搭配Oxford Nanopore的小型裝置使用時, 可實現一種提供序列的折衷方案, 並顯示該序列如何形成更大的部份.
該研究採用不同的軟體解決方案和電壓數據詮釋數據, 探索幾種產生最佳奈米孔定序的方法. 研究人員以多種方法進行多次讀取和繪圖, 最終達到了99.44%的準確率.
Ars Technica的報導中解釋, 因為我們繼承了分別來自父母的兩個複製染色體——儘管版本不同, 但底層的DNA是相同的. 這意味著短讀長的DNA無法確定二者分別為何. 因此, 奈米孔提供的長讀取極其關鍵. 在實驗過程中, 研究人員發現其讀長高達88.2萬個堿基, 這是在最初的基因組定序計劃中無法實現的. 研究人員並預測, 這項新的應用將有助於填補原始基因組計劃中的所有空缺.
研究人員在研究過程中確實也遇到了一些挑戰. 他們發現用於保存DNA數據的通用檔案規格無法處理過長的序列, 導致分析軟體出現故障. 當然, 如果能更新軟體使其包含這項功能, 那麼未來應用可能性是無止境的.
Loman說: '即使是在一年前, 實際上也還難以對整個人類的基因組進行定序, 但得力於奈米孔等技術近來的進展和創新, 我們現在已能定序非常長的基因組片段. ' 他還把這種定序方法比喻為拼圖.
'在這項研究中, 最重要的發現之一是, 即使完成了人類基因組參考或者認為已經完成一段時間了, 它仍然包含許多不足的部份, 我們開發的新方法採用奈米孔定序發展出超長讀長, 從而縮短了序列中的一些差距. '
編譯: Susan Hong