一手搞定DNA：DNA测序手持装置
2016-05-12 20:35:22   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

世界最小的可携式测序装置

比手掌还小、重量100克左右，貌似印章盒的长方体，就是Oxford NANOPORE Technologies公司推出的DNA测序装置──MinION。除了体积小的优势，MinION在使用上也相当简单；只要将接线插入电脑USB孔，打开操作软件设置参数，再把样本滴于仪器的预设孔洞后，就可以开始分析。MinION具有可读取的DNA长度（试验中已成功测序20万对碱基序列），测序过程中能同时看到已经读出的结果，不用等到程序完全结束。这样不仅能应付几乎所有非基因体测序用途的DNA解码工作，更有即时追踪和运用测序结果的能力，不会出现测序后才发现操作失误或样本处理失败而得不到结果的问题。

关键技术──纳米孔（Nanopore）

MinION的测序芯片是以一块不导电的带孔聚合物膜为基底，在各孔嵌入一个仅能让单股DNA通过的蛋白质纳米通道。当DNA经由解开双股螺旋的酵素拆成两条单股后，其中一条会被一点一点推过蛋白质通道。此时孔洞侧边的测序单元便判断经过的分子代表基因密码A、T、C、G中的哪一种，并读出判读结果到外接电脑记录序列密码。而其中一股读完后，互补的另一半也会接着送进去再读一次，最后互相对比以增加准确性。另外由于一片芯片上有数百处孔洞，能同时多头进行读取，因此Oxford NANOPORE Technologies公司宣称一次能够测序一亿五千万个碱基的密码长度。相对来看，人类基因体共有约三十亿个碱基，因此理论上用20台手持MinION装置即可完成测序，效率与当初耗费11年才完成的人类基因体测序计划不可同日而语。

限制与待改进之处

虽有上述众多优点，MinION过高的错误率一直是其最大痛点。虽然内部测试人员宣称只有5%的错误率，但许多研究人员使用后却发现误差可高达30%。当中重复的相同碱基序列是测序的最大问题。而且即使可达95%的准确度，也不及临床和鉴定可接受的门槛；试想，人与人之间的基因序列只有1%的差异，法治机关可用准确度只有95%的机器确定DNA残迹来自某位特定人士，并进行定罪甚至判死吗？相较于MinION，Illumina公司旗下的测序机器已可达到> 99.98% 的准确度，且单次耗材花费也低上许多；但是机器较笨重而昂贵。为了弥补上述缺点并追上对手，MinION的开发人员正积极进行改良，如改善读取装置的灵敏度，提升分析软件以拼出准确度更高的DNA序列等等。

MinION终究会颠覆现有生物研究的框架

或许有人质疑原有的DNA测序仪器已经发展成熟且费用相对低廉，那一个错误率可能高达三成的新产品有什么竞争力？参照Oxford NANOPORE Technologies公司的企业目标：让任何人在任何地方都可以对任何生物进行分析，这款可携式DNA测序装置即使在资源匮乏的地方也能及时完成重要工作。例如埃博拉病毒时期，就有科学家带着MinION进入疫区，当场取得检体并在短时间内鉴定出造成疫情爆发的病毒株。此外，美国国家航空航天局（NASA）也正在测试此装置能否在无重力环境下使用，并预计未来将投入火星探索计划，第一时间分析红色星球上任何有机物质。除此之外，经过改良而提升精度的MinION，可作为中小学基础教育的一环。所以MinION带来的新概念是：生物和基因研究将不再是高知识、高资本的高门槛工作，而是有机会像科技资讯一样更为普及。届时，人人都有机会成为下一个基因界的达尔文！