扩增、测序与核酸分析

纳米孔长读长测序(nanopore long-read sequencing)

/ NAN-oh-pore /

如果不去复制DNA再读副本,而是把一条原始的DNA分子直接穿过一个微小的孔、在它经过时感测每个碱基,会怎样?这正是纳米孔测序所做的事。它是一种第三代、单分子的方法,其标志性优势是一口气读出极长的DNA片段。

纳米孔是嵌在膜上的一个蛋白通道,有一股微弱的离子电流穿过它。一条单链DNA被送过该孔,当碱基经过最窄处时会部分地阻挡电流。不同的碱基(以及碱基的短组合)阻挡的程度略有不同,于是电流随时间的起伏实际上就是一段记录,可被解码回序列。因为你读的是一条连续分子滑过的过程,读长可以极长——上万碱基,有时远不止——主要受限于你能完整递送的DNA分子有多长。

长读长能解决短读长无法解决的问题:它们可以跨越重复区域和结构重排,有助于无缝隙地拼装基因组,甚至能直接从电流信号检出DNA甲基化等化学修饰。这类设备可以小巧便携,使野外测序成为可能。诚实的代价是准确度:单碱基错误率历来高于短读长的边合成边测序,尽管已显著改善。实践中,实验室常把长的纳米孔读长(看结构)与准确的短读长(看细节)配对使用,各取所长。

一名野外研究者带着一个U盘大小的纳米孔设备,在疫情暴发期间用笔记本电脑就地测出病毒基因组,得到的读长足以一次性覆盖整个基因——这是远方实验室里的台式短读长机器无法这么快做到的。

一条DNA分子穿过孔;电流的起伏拼出碱基。

纳米孔的强项是读长,而非单碱基准确度——它历来的错误率高于短读长合成法,所以对精细的单碱基判读,实验室常把长的纳米孔读长与准确的短读长结合起来。

又称
nanopore sequencingthird-generation sequencingsingle-molecule sequencing纳米孔测序三代測序