首次人类基因组测序耗时13年，花费30亿美元——如今，不到十年后，一家新公司承诺只需花费“一首歌”的时间就能 在15分钟内完成全基因组测序。如果这种效率的指数级增长和价格的下降听起来像是来自计算行业的，那是因为它确实如此。多核处理器和可定制集群正在进入基因测序领域，威胁要颠覆现代医学中最重要的产业之一。
牛津纳米孔技术公司（Oxford Nanopore Technologies Ltd.）表示，其新型微型测序仪——其中一款由USB供电，售价900美元——可以快速轻松地在现场使用，用于识别从机场的病毒到深层丛林中的新物种。以下是它的工作原理。
为了确定核苷酸碱基的排列顺序，大多数测序仪会将DNA链断开并进行复制，将其扩增数个数量级。计算机通过各种方法，从染料到其他化学物质，来解析核苷酸的排列。例如，即将推出的每基因组1000美元的 Ion Proton芯片。它将DNA片段附着在微小的珠子上，并在半导体芯片上的微孔中旋转它们。微孔被DNA核苷酸逐一浸没，机器会寻找匹配。当匹配发生时，会释放一个正氢离子，算法会解析由此产生的电压变化，以确定哪些碱基匹配，从而构建碱基排列图。
相反，牛津纳米孔的技术将纯化的DNA链保持完整，通过一个由蛋白质制成的纳米级生物“孔”。纳米孔在20世纪90年代首次出现，但由于各种原因尚未上市。牛津纳米孔公司表示，聚合物化学方面的最新进展使其设计成为可能。
该公司设计的核心是定制设计的纳米孔，它被插入到一个聚合物膜中，该膜位于微孔上方。该膜具有高电阻，并施加电压，使电流通过纳米孔。每个微孔都有自己的电极。用户会将一些纯化后的DNA倒入卡盒中，DNA会流过膜并穿过纳米孔。当DNA链穿过孔时，它的每个核苷酸都会以可测量的方式中断电流。这种电导率的变化可以用来识别核苷酸。
纳米孔及其微孔的整个阵列使用典型的半导体制造技术嵌入芯片中，然后将这些芯片插入一次性卡盒。每个卡盒的构建都能使纳米孔对特定分子——如DNA、蛋白质、药物或其他化合物——敏感。用户将卡盒插入所选的测序节点：要么是GridION节点，它看起来像老式录像机；要么是MinION系统，它是一个略微胖的USB闪存盘。
每个纳米孔独立分析其样品。据该公司称，这种大规模并行的方法可以加快分析速度——纳米孔可以实时读取核苷酸，并且错误率很低。此外，GridION节点可以像计算机一样用作可定制的集群——正如公司女发言人所描述的那样，如果你有两台机器，你可以将它们作为两台机器使用，或者作为一台机器以两倍的速度运行。用户将能够确定所需的配置。MinION设备也可以在集群中使用，通过公司的软件和USB集线器。
公司首席执行官戈登·桑格拉（Gordon Sanghera）表示：“牛津纳米孔公司既是电子公司，也是生物技术公司。”
该公司使用Phi X噬菌体（一种细菌病毒）进行了试验，一次性测序了该病毒完整的54,000个碱基，即5.4千碱基的基因组。今年将上市的首批GridION机器将读取100千碱基，这远远长于大多数现有测序仪使用的DNA片段。该公司表示，这将更准确地了解DNA的结构。
最初，GridION系统将包含一个包含2000个纳米孔的节点，该节点可以以每秒数百千碱基的速度读取DNA。MinION卡盒在其六小时的寿命内每小时可处理1.5亿个碱基。到2013年，该公司计划开始销售8000个纳米孔的节点，每个节点读取数百千碱基。桑格拉表示，理论上，20个这样的节点组成的集群可以在15分钟内完成32亿个碱基对的人类基因组测序。
