单手DNA:DNA测序手持设备
世界上最小的便携式测序仪比手掌还小，重约100g。它看起来像一个密封盒的长方体，这是牛津纳米孔技术公司推出的DNA测序装置── MinION。除了体积小的优势，MinION使用起来也相当简单；只需将接线插入电脑的USB孔，打开操作软件设置参数，然后将样品滴入仪器的预设孔中，即可开始分析。MinION有两个优点:可读DNA长度极长(我们在实验中成功测序了20万对碱基序列)，测序过程中可以同时看到读取结果，不用等到程序完全完成。这样不仅可以应对几乎所有以非基因组测序为目的的DNA解码工作，还具有实时跟踪和使用测序结果的能力，不会出现测序后发现操作错误或样本处理失败而无法得到结果的问题。
关键技术── Nanohole Minion的检测芯片是基于一种带孔的非导电聚合物薄膜，每个孔中都嵌入了蛋白质纳米通道，只能允许单个DNA通过。当DNA被打开双螺旋的酶分裂成两条单链时，其中一条将被一点一点地推过蛋白质通道。此时，孔边的检测单元判断通过的分子代表基因编码A、T、C、G中的哪一个，并将判断结果发送到外部计算机记录顺序编码。读完其中一个后，互补的一半会被送进去再读一遍，最后再相互比较，增加准确性。此外，由于芯片上有数百个孔，可以被多人同时读取，牛津纳米孔技术公司声称，它可以一次测序1.5亿个碱基的密码长度。相对而言，人类基因组* * *大约有30亿个碱基，所以理论上可以用20个手持MinION设备进行测序，这与最初人类基因组测序项目耗时11年相差甚远。
限制和改进虽然上面提到了很多优点，但是MinION的高错误率一直是它最大的痛点。即使内部测试人员声称错误率只有5%，但很多研究人员使用后发现错误率可以高达30%。重复的相同碱基序列是测序的最大问题。而且即使准确率能达到95%，也不如临床和法医的门槛可以接受；想象一下，人与人之间的基因序列只有1%的差异，那么法律当局是否可以用准确率只有95%的机器来确定DNA残留来自特定的人，并做出定罪甚至判处死刑？DNA测序老品牌Illumina的测序机与MinION相比，准确率达到>:99.98%，一次性耗材成本低很多；但是机身明显笨重，价格昂贵。为了弥补这一缺点，赶上竞争对手，MinION开发者正在积极进行改进，例如提高阅读设备的灵敏度或升级分析软件，以拼出更准确的DNA序列。
MinION最终会颠覆现有的生物学研究框架。有人可能会质疑，原来的DNA测序仪已经很成熟了，成本也比较低。一个错误率高达30%的新产品有什么竞争力？但就像牛津纳米孔技术公司的企业目标:任何人都可以在任何地方分析任何生物，这种便携式DNA测序设备即使在资源稀缺的地方也能及时完成重要工作。比如，前几天西非爆发了一场埃博拉病毒疫情，有科学家带着MinION进入疫区，现场获取样本，并在短时间内鉴定出引发疫情的病毒株。此外，美国国家航空航天局还在测试这种设备是否可以在零重力环境下使用，预计未来它将被投入火星探索计划，首次分析红色星球上的任何有机物。另外，经过改进提高了准确率的MinION，可以作为中小学基础教育的一部分。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，而是有机会像信息技术一样普及。届时，每个人都有机会成为基因领域的下一个达尔文！
参考
1.牛津纳米孔官方对MinION的介绍页面:nano petech/products-services/MinION-mki 2。著名自然期刊Minion专题报道:Nature/news/Pint-size-DNA-sequencer-impressions-first-users-1.10。
图片来源:max mollon/explorations/zm science/medicine/geic/Oxford-nano pore-minion-u * * *-DNA-sequencing-3219443/ro . Wikipedia/wiki/sec ven % C8 % 9 bierea _ nano pore。
本文转载自:遗传学领域最专业的媒体团队GENEONLINE。
主题:DNA，纳米，蛋白质。