將DNA測(cè)序精度提高1000倍的新方法問世

　　來自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)的科學(xué)家們開發(fā)出了一種方法，將DNA測(cè)序的精度提高了1000倍。利用納米孔來讀取單個(gè)核苷酸，這一方法為更好及更廉價(jià)的DNA測(cè)序鋪平了道路。

　　DNA測(cè)序是一種能夠確定DNA分子準(zhǔn)確序列的技術(shù)。作為當(dāng)前最重要的生物及醫(yī)學(xué)工具之一，它構(gòu)成了基因組分析的核心。通過辨認(rèn)基因的確切組成，科學(xué)家們可以檢測(cè)出突變，甚至識(shí)別出不同的生物體。

　　一種強(qiáng)大的DNA測(cè)序方法利用了微小的納米孔來讀取通過的DNA。然而，由于DNA往往以極快的速度通過納米孔，“納米孔測(cè)序”錯(cuò)誤率非常的高。EPFL的科學(xué)家們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了一種粘性液體可以讓這一過程的速度減慢1000倍，大大提高了這一方法的分辨率和精度。這一突破性成果發(fā)布在《自然納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)雜志上。

　　讀取速度過快

　　DNA是由4種不同的重復(fù)構(gòu)件組成的長(zhǎng)分子。這些稱作為“核苷酸”的構(gòu)件按各種組合串在一起，其中包含著了細(xì)胞的遺傳信息，如基因。基本上，這4種核苷酸構(gòu)成了所有的遺傳語(yǔ)言。DNA測(cè)序就是通過設(shè)法譯解這一語(yǔ)言，將其分解為單個(gè)的堿基。

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　　在納米孔測(cè)序過程中，DNA就像線穿過針一樣地通過膜中的微小孔道。這一孔道中包含有電流，當(dāng)每個(gè)核苷酸通過這一孔道時(shí)，它們會(huì)以各自的方式阻止電流，由此可以識(shí)別出這些核苷酸。盡管這種方法很強(qiáng)大，但它卻受到高速度的困擾：DNA通過孔道的速度過快，使得無法以足夠的精度來讀取它。

　　放慢速度

　　EPFL生物工程研究所Aleksandra Radenovic實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在利用一種粘性液體將DNA通過的速度減慢了2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，攻克了這一問題。由此，將測(cè)序精度提高至單核苷酸。

　　這項(xiàng)研究是由馮建東(Jiandong Feng，音譯)、劉科(Ke Liu，音譯)與Andras Kis實(shí)驗(yàn)室的同事們共同完成。兩位研究人員開發(fā)出了一種由二硫化鉬(MoS2)構(gòu)成的、厚度僅為0.7nm的膜。研究小組隨后在膜上制造出了大約3nm寬的納米孔。

　　接下來是將DNA溶解在包含帶電離子的粘液中，研究人員可以微調(diào)粘液的分子結(jié)構(gòu)來改變它的“粘度梯度”。這一液體屬于一種“室溫離子液體”，其實(shí)際上是一種鹽溶液。EPFL的科學(xué)家利用了液體的可調(diào)性，將其達(dá)到了一種足以減慢DNA的理想粘度梯度。

　　最后，研究小組通過讓溶解在液體中的已知核苷酸多次通過納米孔測(cè)試了他們的系統(tǒng)。這使得研究人員能夠獲得每個(gè)核苷酸的平均讀值，然后利用讀值來鑒別出它們。

　　盡管仍處于測(cè)試階段，研究小組打算繼續(xù)他們的研究工作來測(cè)試完整的DNA鏈。馮建東說：“我們正在尋找機(jī)會(huì)商業(yè)化這一技術(shù)�！�

　　科學(xué)家們預(yù)測(cè)，利用高端電子產(chǎn)品及控制液體的粘度梯度還可以進(jìn)一步優(yōu)化這一系統(tǒng)。通過結(jié)合離子液體及二硫化鉬薄膜納米孔，他們希望構(gòu)建出能獲得更好輸出結(jié)果的、更廉價(jià)的DNA測(cè)序平臺(tái)。

　　這項(xiàng)工作提供了一種創(chuàng)新的方法改進(jìn)當(dāng)前最好的一種DNA測(cè)序技術(shù)。“在未來的數(shù)年里，測(cè)序技術(shù)將肯定會(huì)從研究轉(zhuǎn)向臨床。因此，我們需要快速及價(jià)格實(shí)惠的DNA測(cè)序——納米孔技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，”Aleksandra Radenovic說。