對DNA測序的最新科研成果，有望大幅降低成本
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發(fā)布時(shí)間：2017-04-28
DNA測序能夠從血液或唾液中分析測定基因全序列，預測罹患多種疾病的可能性，同時(shí)可以幫助患者精準治療。但目前的DNA測序技術(shù)，昂貴的價(jià)格讓普通大眾望其項背。尋找低成本、快速的DNA測序技術(shù)，成為科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)，生物納米孔單分子分析技術(shù)因其低成本、快速和無(wú)需熒光標記等優(yōu)點(diǎn)被視為最具前景的DNA測序技術(shù)之一。
近期，龍億濤科研團隊在生物納米孔超靈敏單核苷酸分辨領(lǐng)域取得獨創(chuàng )性突破，該研究成果以華東理工大學(xué)作為獨立研究單位，于4月25日在《Nature Nanotechnology》（自然-納米技術(shù)）發(fā)表了題為“Discrimination of oligonucleotides of different lengths with a wild-type aerolysin nanopore”的研究論文。
生物納米孔單分子分析技術(shù)的原理是通過(guò)電場(chǎng)力驅動(dòng)單鏈DNA穿過(guò)納米尺寸的孔道，由于不同的脫氧核苷酸通過(guò)納米孔道時(shí)產(chǎn)生了不同阻斷程度和阻斷時(shí)間的電流信號，由此可根據電流信號讀出每條DNA序列上的堿基信息。但在實(shí)際實(shí)驗過(guò)程中，單鏈DNA穿過(guò)納米孔的速度極快（約1微秒/堿基），造成了的電流阻斷信號極?。ㄆぐ布墸?，阻礙了納米孔測序技術(shù)發(fā)展。
基于自主研制的超低電流檢測裝置，龍億濤課題組首次使用野生型且無(wú)任何修飾的Aerolysin（氣單胞菌溶素）生物孔，將單鏈DNA的過(guò)孔速度降低了三個(gè)數量級（2.0毫秒/堿基），從而極大地提高了電流檢測的靈敏度，完成了對僅有單個(gè)堿基差異DNA分子的超靈敏識別，并實(shí)現了混合復雜體系的超靈敏檢測和核酸外切酶“分步降解”單鏈DNA過(guò)程的實(shí)時(shí)觀(guān)測。此外，該研究還通過(guò)改變檢測體系的酸堿度，調節了氣單胞菌溶素孔道內腔的電荷分布，同時(shí)結合單鏈DNA在孔內有效電荷數的計算，獲得了納米孔表/界面上電荷的分布信息，促進(jìn)了對DNA與氣單胞菌溶素孔道內腔表面氨基酸殘基相互作用的深入理解。
據介紹，氣單胞菌溶素來(lái)源于嗜水氣單胞菌，主要存在于水生環(huán)境包括海水、湖泊、蓄水池和供水系統中，是一種天然的納米蛋白孔，具有成本低、簡(jiǎn)單易得的特點(diǎn)。早在2006年，龍億濤教授就發(fā)現氣單胞菌溶素能夠作為一種納米蛋白孔，并具有實(shí)現高靈敏單分子檢測的潛力。該論文的第一作者曹嬋，于2011年進(jìn)入龍億濤課題組以來(lái)一直從事生物納米孔的相關(guān)研究，通過(guò)大量的實(shí)驗嘗試和經(jīng)驗積累，實(shí)現了氣單胞菌溶素納米通道的成功制備和單分子信號的獲取。文章投稿期間即引起了廣泛關(guān)注，其中洛桑理工大學(xué)（瑞士）一長(cháng)期致力于解析氣單胞菌溶素的晶體結構的課題組希望能與龍億濤教授課題建立長(cháng)期合作研究，進(jìn)一步深入探究氣單胞菌溶素的內部結構、電荷分布以及分子與孔道的相互作用機理。在2016年3月美國洛杉磯第六十屆生物物理年會(huì )，該工作也受到國際很多領(lǐng)域科學(xué)家的認可，以及羅氏、Illumina、牛津納米孔等基因測序公司的廣泛關(guān)注。
“這一獨創(chuàng )性研究成果不僅進(jìn)一步降低納米孔單堿基分辨的成本，同時(shí)也將大大提高納米孔DNA測序的精確度?！睋垉|濤介紹，未來(lái)，結合高帶寬低噪音的電流檢測儀器，氣單胞菌溶素納米孔有望實(shí)現單堿基直接分辨以及對DNA損傷的檢測，這將大大推動(dòng)DNA測序技術(shù)以及個(gè)性化醫療的發(fā)展。(轉載于生物谷)
