基于纳米孔的第三代测序技术：每个人支付得起的基因测序

典型的纳米孔测序过程示意图

　　最近的一项研究发现，在低NaCl浓度下长链DNA更利于纳米孔测序，这为纳米孔测序技术的发展提供了线索。

　　这篇名为“链长对DNA构象及摩擦行为的影响”的研究论文发表于《中国科学：技术科学》英文版2013年第12期，从摩擦学角度初步探讨了不同链长DNA在纳米孔测序过程中的构象及摩擦行为的变化，由西南交通大学机械工程学院钱林茂教授担任通讯作者撰写。

　　作为遗传信息的载体，准确探测DNA序列能从根本上治疗及预防诸多疾病。人类基因组计划使用第一代Sanger测序技术，耗时十几年，直接花费超过10亿美元。以Roche公司454技术为代表的第二代基因测序技术仅需一周就能完成人类个体基因组测序，花费不到100 万美元。近年来崭露头角的基于纳米孔的第三代基因测序技术通过检测DNA分子通过纳米孔时产生的特征阻塞电流来探测DNA序列(图1)。此项技术凭借快速、精确、低成本的优势，有望完成美国国立卫生研究院(NIH)设定的只用1000美元完成个人基因组测序的目标。然而目前仍有一些关键问题亟需解决：例如弯曲缠绕的DNA分子难以进入纳米孔;过快的过孔速度使电流信号的检测更加困难。因此，DNA分子的构象及其与纳米孔孔壁间的作用力对测序过程有着重要影响，研究盐浓度及链长对DNA分子构象及其摩擦学行为的影响十分必要。

　　在之前的研究中，钱林茂教授与其团队发现，较低的NaCl浓度能使DNA形成更为伸展的分子构象并且增大 DNA与纳米孔孔壁间摩擦力，这些均利于纳米孔测序的进行。在该项研究中，钱教授与其团队发现随着链长的增大，DNA分子较为伸展，使其能够更为顺利地进入纳米孔;同时在低载下链长对DNA与孔壁间的摩擦力影响较小，说明纳米孔测序技术能适用于各种链长的DNA分子。因此，在低NaCl浓度下长链DNA更利于纳米孔测序。

　　“今后，随着纳米孔测序技术的发展，每个人都能负担得起自身的基因测序。”钱教授说道，“基于我们的研究结果，纳米孔测序技术不会被DNA的链长所限制，也就是说更长的读取长度有望实现，有助于提高测序效率，从而降低测序的成本。”

　　该研究结果有助于理解NaCl浓度及链长对DNA分子构象及其摩擦学行为的调控机理，并对基于纳米孔的第三代基因测序技术的发展具有重要的指导意义。目前，该团队已开始进一步地研究纳米孔测序中各项参数的优化。

　　钱教授表示，除了优化纳米孔测序过程中的各个参数，还有很多基础研究需要完成，他们的团队也将进行进一步的探索。