无需光的基因测序技术

2012-08-07

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杂志就介绍了目前值得关注的各种基因测序新技术.

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听到了有关德国大肠杆菌疫情暴发的传言，这场疫情首先在德国北部地区暴发，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)患者体内的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杂志就介绍了目前值得关注的各种基因测序新技术。

不用光的测序

Ion Torrent PGM测序仪无需传统二代测序技术苛刻复杂的光学要求。之前的一些测序仪，比如Illumina的HiSeq，需要荧光标记核苷酸进行DNA片段测序，这些系统利用DNA聚合酶构建新链，通过激光发生器激发荧光标记核苷酸，采用精密光学原理，检测信号识别碱基。相比之下，Ion Torrent PGM优势在于利用了DNA合成过程中，DNA聚合酶添加核苷酸时释放的氢离子，因此能进行多达百万或者更多微孔的DNA扩增片段检测，然后用4种核苷酸按先后顺序覆盖测序板——先是As，然后是Gs、Ts，最后是Cs。如果DNA模板序列上互补核苷酸组装了上去，就说明序列正确，就会释放出一个氢离子，通过一个pH感应器就能检测到，研究人员利用一个半导体感应器就能捕获这种电压变化，解析序列。每个核苷酸阅读过程几秒钟就能完成，并且不会受到光学系统的干扰，因此这种测序仪更加便宜，也更有效，Life Technologies市场营销和业务发展副总裁Maneesh Jain表示。

应用广泛

据称，Ion Torrent PGM测序仪由于其简捷、扩展和快速的特性，应用范围非常广泛，是多个应用的理想解决方案。目前可进行微生物和病毒Deovo测序、微生物和病毒重测序、扩增子测序、靶向测序、micro RNA和small RNA测序、甲基化测序、CNV检测和定量、全基因组测序或者全外显子组测序验证、条形码文库、末端配对测序、线粒体测序、文库质控、ChIP-Seq、 RNA-Seq、mate-paired 测序。今年1月，Ion Torrent系列产品又新增了一个更强大的产品：Ion Proton，这款Ion PGM的升级版的测序仪能在一天内完成人类基因组的测序，成本约为1000美元。不过，Ion Torrent也存在局限性，这种仪器在处理重复序列长片段时，可能会出错，来自Warp Drive Bio的Keith Robison说，他分析了几种测序仪的数据，他认为由此Ion Torrent很难识别出癌症基因组中的插入片段，或者删除片段，这个仪器最好应用于以速度和成本为关键因素的实验。