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(yù)測罹患多種疾病的可能性，同時可以幫助患者精準(zhǔn)治療。但目前的DNA測序技術(shù)，昂貴的價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，生物納米孔單分子分析技術(shù)因其低成本、快速和無需熒光標(biāo)記等優(yōu)點被視為最具前景的DNA測序技術(shù)之一。
近期，龍億濤科研團(tuán)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)的原理是通過電場力驅(qū)動單鏈DNA穿過納米尺寸的孔道，由于不同的脫氧核苷酸通過納米孔道時產(chǎn)生了不同阻斷程度和阻斷時間的電流信號，由此可根據(jù)電流信號讀出每條DNA序列上的堿基信息。但在實際實驗過程中，單鏈DNA穿過納米孔的速度極快（約1微秒/堿基），造成了的電流阻斷信號極?。ㄆぐ布墸璧K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任何修飾的Aerolysin（氣單胞菌溶素）生物孔，將單鏈DNA的過孔速度降低了三個數(shù)量級（2.0毫秒/堿基），從而極大地提高了電流檢測的靈敏度，完成了對僅有單個堿基差異DNA分子的超靈敏識別，并實現(xiàn)了混合復(fù)雜體系的超靈敏檢測和核酸外切酶“分步降解”單鏈DNA過程的實時觀測。此外，該研究還通過改變檢測體系的酸堿度，調(diào)節(jié)了氣單胞菌溶素孔道內(nèi)腔的電荷分布，同時結(jié)合單鏈DNA在孔內(nèi)有效電荷數(shù)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(nèi)腔表面氨基酸殘基相互作用的深入理解。
據(jù)介紹，氣單胞菌溶素來源于嗜水氣單胞菌，主要存在于水生環(huán)境包括海水、湖泊、蓄水池和供水系統(tǒng)中，是一種天然的納米蛋白孔，具有成本低、簡單易得的特點。早在2006年，龍億濤教授就發(fā)現(xiàn)氣單胞菌溶素能夠作為一種納米蛋白孔，并具有實現(xiàn)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一直從事生物納米孔的相關(guān)研究，通過大量的實驗嘗試和經(jīng)驗積累，實現(xiàn)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）一長期致力于解析氣單胞菌溶素的晶體結(jié)構(gòu)的課題組希望能與龍億濤教授課題建立長期合作研究，進(jìn)一步深入探究氣單胞菌溶素的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電荷分布以及分子與孔道的相互作用機(jī)理。在2016年3月美國洛杉磯第六十屆生物物理年會，該工作也受到國際很多領(lǐng)域科學(xué)家的認(rèn)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，同時也將大大提高納米孔DNA測序的精確度。”據(jù)龍億濤介紹，未來，結(jié)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現(xiàn)單堿基直接分辨以及對DNA損傷的檢測，這將大大推動DNA測序技術(shù)以及個性化醫(yī)療的發(fā)展。(轉(zhuǎn)載于生物谷)
