納米孔測序的想法起始于25年前，2012年5月4日《Science》首次報道了Oxford Nanopore公司研制的納米孔測序儀樣機——MinION，用于破譯病毒DNA。然而MinION的發(fā)展歷程并不那么順利，英國牛津大學(xué)基因組學(xué)中心基因組學(xué)家Rory Bowden說(shuō)，“眾所周知，在每次讀取的水平上，MinION不是很精確”。2014年2月《Science》表示為了正確讀取每個(gè)堿基，納米孔的數據必須結合常規測序數據進(jìn)行分析。2016年2月3日，《Nature》闡述了納米孔測序現場(chǎng)檢測埃博拉病毒的成功例子， 2016年2月19日，《Science》以《Pocket DNA sequencers make real-time diagnostics a reality》為題，再次闡述了納米孔測序的未來(lái)。 

MinION一直在探索的路上

到目前為止，大多數的測序是通過(guò)構建待測鏈的互補鏈而實(shí)現，同時(shí)必須用化學(xué)標記堿基，以方便確定它們是否被逐一加到新鏈中，此外這種技術(shù)將產(chǎn)生許多需要拼接的小片段。納米孔的方法可更直接地閱讀堿基，當單鏈DNA通過(guò)微孔時(shí)，每個(gè)堿基以獨有的方式中斷孔隙中的離子流以揭示其身份。在納米孔測序之前，基因測序需要大量的設備、時(shí)間及金錢(qián)。而納米孔測序的問(wèn)世，使“行李箱中的基因測序成為了可能”，然而，迄今為止只有一家公司生產(chǎn)此類(lèi)測序儀，且準確率比較低下。

在過(guò)去兩年里，數以百計的實(shí)驗室在嘗試MinION。例如，上個(gè)月新加坡基因組研究所計算機生物學(xué)家Niranjan Nagarajan領(lǐng)導的團隊報道了一種無(wú)需修改測序程序便可提高測序精確度的方法。該研究團隊利用MinION來(lái)確定皮膚或糞便樣本中的細菌。為了區分細菌物種，研究人員測定了每個(gè)樣本的16s核糖體基因序列。傳統的測序方法只能檢測出基因的一部分，有時(shí)不足以進(jìn)行陽(yáng)性分析。MinION可捕獲更多甚至是全部的基因信息，這使得物種的鑒定更加精確——若序列足夠精確。

為了提高準確性，Nagarajan利用化學(xué)物質(zhì)將16S基因制成環(huán)形，并添加特殊的DNA復制酶對環(huán)形DNA進(jìn)行復制，從而產(chǎn)生多個(gè)重復的DNA片段。當每個(gè)字符串經(jīng)過(guò)MinION孔時(shí)，16S基因便被多次測序，大約重復6次測序足以保證精準識別每個(gè)堿基。研究人員于1月27日在《bioRxiv》公布了該結果。 

《Nature》和《Science》共述，MinION可實(shí)現實(shí)時(shí)診斷

2016年2月3日，《Nature》首次報道了利用納米孔測序對埃博拉患者樣本進(jìn)行實(shí)時(shí)測序的成功例子，同時(shí)2月19日《Science》也對此事件進(jìn)行了闡述，《Science》表示埃博拉現場(chǎng)測序的成功取決于MinION精準度的提高，在現場(chǎng)檢測埃博拉病毒序列的同時(shí)，其他研究人員在實(shí)驗室中調整樣品制備和數據分析以提高設備的精度和速度。

英國伯明翰大學(xué)微生物基因組學(xué)家Nicholas Loman及其同事意識到可從堿基通過(guò)孔隙時(shí)離子流的變化進(jìn)一步提取堿基的信息。巴爾的摩約翰霍普金斯大學(xué)生物醫學(xué)工程師Winston Timp說(shuō)，電流信號中蘊藏著(zhù)更多的信息。每個(gè)堿基信號都受其兩側周?chē)�的影響。�?lián)合使用分析“波形曲線(xiàn)”的新的計算機程序(該程序由多倫多安大略癌癥研究所 Jared Simpson等人研發(fā))，該研究團隊決定單獨使用納米孔數據來(lái)分析細菌序列。

隨后研究人員將他們的序列帶到西非，在那里他們成功地從患者身上檢測出了148株埃博拉病毒基因組。即使在田間條件下，研究人員也可在24小時(shí)內完成一個(gè)基因組測序，研究人員表示，實(shí)時(shí)分析病原體將觸手可及。

生態(tài)學(xué)家、公共衛生官員、流行病理學(xué)家、食品安全官員以及其他人員都將受益于此。參與研發(fā)該測序儀的加州大學(xué)分子生物學(xué)家Mark Akeson說(shuō)，“納米孔測序的出發(fā)點(diǎn)是在星球上進(jìn)行DNA測序，是一種民主化測序�！�

（轉載來(lái)源：轉化醫學(xué)網(wǎng)）