全新测序技术利弊比较之单分子测序

　　在去年召开的美国微生物学会上，来自明斯特大学的医学微生物学家Dag Harmsen开始听到了有关德国大肠杆菌疫情爆发的传言，这场疫情首先在德国北部地区爆发，感染了至少4000人，夺去了超过50人的生命(德国范围内)，在德国以外的欧洲地区也发现了76名患者。

　　Harmsen教授在这场疫情中发挥了重要的作用——他们通过将引发此次疫情的O104：H4型肠出血性大肠杆菌与2001年采集自一名溶血性尿毒症(HUS)体内的O104：H4型肠出血性大肠杆菌进行基因对比后，发现，两种菌株并非同源，引起此次德国EHEC暴发的O104:H4菌株来自一种肠聚集性大肠杆菌EAEC O104:H4 55989菌株的变异，其中还掺杂了一种目前未知的由志贺毒素产生的O104：H4菌株。

　　在这一场“战役”中，Harmsen教授主要采用的就是新一代测序技术，他说，“至今，新一代测序技术已经遍布全球上百个基因组测序中心”。并且随着更多更新技术的发展，未来新一代测序技术将发展出下下一代创新技术，为基础科学与临床治疗提供越来越完善的帮助。近期The Scientist杂志就以“Sons of Next Gen”为题，介绍了目前值得关注的各种新技术。

　　单分子测序

　　Pacific Biosciences公司在2011年4月向市场推出了他们的一款全新产品：the Single Molecule Real Time (SMRT) 测序仪，这一款仪器与传统测序仪一样，也是依赖于荧光标记核苷酸，但是有一点却不同——SMRT一次只聚焦于一个分子，消减了耗时的扩增步骤。

　　Pacific Biosciences首席科学家Eric Schadt解释道，这一系统能在15万个小孔(小孔直径为几十纳米，蚀刻于一种铝薄膜上)中捕获单个DNA分子，以及一个DNA聚合酶，然后将四种荧光基团标记的核苷酸加在上面。当DNA聚合酶将核苷酸加到序列上的时候，利用两种不同波长的激光束扫描每个小孔，与增长DNA链匹配的核苷酸就发出荧光，这时精密的成像仪器就能从光激发颜色中识别出加入DNA链的特殊核苷酸。“这样你就能确实观察到DNA的一个单分子”，Schadt说。

　　SMRT无需仔细调整多个DNA片段序列——由于错误积累，逐渐导致非同步，就可以阅读非常长的片段，平均可超过3000个碱基对，甚至达到上万个碱基对。而传统的测序方法只能达到35-400个碱基对的读长。

　　这种测序能力对于来自加州大学戴维斯分校的遗传学家：西蒙·陈(Simon Chan)来说意义重大，他希望能搞清楚端粒中重复的，迅速进化的DNA是否参与了形态变化。在此前一项研究中，陈博士分析了不同类型序列模式，追踪了新重复重组出现的时间，但是由于每个序列都很相似，因此很难见短DNA片段，精确组装成正确序列，陈博士说，“现在我们采用了长读长测序，更全面的了解了这些序列，解决了问题。”

　　但是SMRT的价格并不亲民，比较高，这就意味着只有少数几个大型测序中心能买得起。而且这种仪器的错误率也相对比较高，来自Warp Drive Bio的Keith Robison说，“一个run大约会出现15%”，他分析过几种测序仪的数据。不过由于出错是随机出现的，而SMRT读长很长，因此可以将DNA片段前后相连，多做几次获得比较精确的结果，他表示。

　　Robison认为这种仪器最有利的应用是在单体型分析方面，因为这种研究需要很长读长，或者从头测序，而且发生小错误也无关紧要。