24小时基因测序—— 新技术使我们有希望在24小时内完成一个人的基因组测序

2002

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24小时基因测序
新技术使我们有希望在24小时内完成一个人的基因组测序

September 27, 2002 　　

OURSCI NEWS STAFF -- 李茂全

DNA链：需要新方法读取它的字母顺序

　　〖北京〗科学家希望将来能够为病人提供根据他们自己的遗传特征“定制”的药物，这需要对病人的基因组进行测序。人类基因组的第一次测序用了十多年。一些新兴的生物技术公司正在努力开发快速测序技术，试图将时间缩短到24小时以内¹。

　　基因组测序领域的先驱Craig Venter说：“我们的目标是只花费1000美元，在几分钟或者几秒钟内完成一个基因组的测序。”Venter于1998年创立了Celera公司，与人类基因组计划(HGP)采用不同的技术进行人类基因组测序的“赛跑”（不过他现在已经从该公司辞职）。

　　目前采用的化学测序方法方法需要把DNA长链切割成碎片，对每个碎片进行测序，然后用计算机把碎片序列重新拼接成整个DNA的序列。化学测序方法自1977年发明以来，它的基本原理就没有过大的变化。尽管自动化设备极大地提高了测序速度，但这种方法每次仍然只能阅读大约1000个“字母”（碱基对），而且还需要费时费钱的准备和分析过程。

　　Venter认为，这种方法已经接近理论极限。要想在几秒钟内对数以十亿的碱基对进行测序，需要完全不同的方法。纳米技术的发展和计算机性能的提高将使新方法成为可能。

　　研究人员正试图寻找直接“阅读”DNA长链的方法。如果人类基因组是一部书，以往的方法就像是把书拆散剪碎，分别阅读零散的书页甚至单词，再像拼图一样拼合起来。现在人们希望能够选取书的一章、按顺序读下去。

　　美国马萨诸塞州US Genomics公司Eugene Chan等人开发出了一种“纳米流体”(nanofluidic)芯片。在这种比计算机按键还小的芯片里，流体拖曳着DNA分子长链，通过象保龄瓶一样排列的针脚(pegs)。这种装置并不逐一读取每一个“字母”，而是取一个参考基因组，用荧光标记被测序的DNA链中与参考基因组不同的“字母”。DNA链通过时，探测器读取这些荧光标记“字母”的顺序。添上与参考基因组相同的部分，就成为完整的序列。Chan声称这种快速方法每分钟可以测序大约200,000个“字母”。

　　还有的研究人员从细胞本身寻求灵感：细胞在每次分裂前，都要用几个小时复制它的整个基因组。英国Mobious Genomics生物技术公司的Daniel Densham从中得到启发，利用一种在细胞内用于复制DNA的聚合酶进行测序。当聚合酶把A、C、G和T这四种碱基添加到DNA长链上的时候，它自己会以一种特有的方式改变外形。用电磁波束照射聚合酶的表面，通过测量电磁波的散射探测聚合酶外形的变化，就可以测出DNA链上碱基的顺序。Densham希望能把多个聚合酶分子固定在芯片的表面上，同时对它们进行分析。

　　除了快速地读取“字母”，还需要运算能力足够强的计算机来迅速处理大量的基因组信息。目前这仍是制约各种快速测序法的一个瓶颈。

　　目前还不清楚究竟这些崭露头角的技术中的哪一种能够成为标准。可能有一种会胜出，也有可能它们分别适用于不同的场合。

　　References:

　　1. 24-hour genome dawns , Nature Science Update |Story|

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收录时间：2002.09.27
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来源：三思原创

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