DNA 测序技术彻底改变了医学和生物医学研究。例如,DNA 分析可以帮助医生确定哪种药物对特定的癌症最有效。但目前的技术通常只能测定 DNA 的短片段,并且可能需要数小时甚至数天。
要对超过几百个碱基对的 DNA 进行测序,科学家需要将目标 DNA 剪碎成数千个拷贝,对所有片段进行测序,然后使用软件通过匹配片段间的重叠来 painstaking 地重建 DNA 碱基的顺序。一种名为纳米孔测序的新方法可以一次处理长链 DNA,从而无需进行重叠分析。因此,纳米孔测序仪可能比其他 DNA 测序仪更便宜、更快、更紧凑。它们还可以准确地测定具有许多重复碱基对的片段。来自 Oxford Nanopore Technologies 的 MinION 可以连接到 USB 端口。很快,任何拥有 1,000 美元和一台电脑的人都将能够进行 DNA 测序。
1) 将 DNA 样本滴在芯片上。
研究人员将预处理过的样本(例如,患者的血液或纯化的 DNA)放入一个小 **端口**。设备内部有一个硅芯片,上面有多层薄膜,薄膜上布满了微小的孔洞。
2) 解开 DNA。
一个 **酶** 将 DNA 输送到薄膜的 **纳米孔**。然后,它解开 DNA 的双链,并将一端送入孔中。这个孔是由一组排列成环状并来源于细菌的蛋白质构成的。孔的内径只有几纳米宽:比人的头发细 100,000 倍。
3) 阻断离子电流。
电极通过开放的纳米孔发送离子电流,即离子流。当一组几个 **DNA 碱基**(A、T、C 和 G)穿过孔道颈部时,它会阻挡离子并中断电流。传感器记录下电信号的扰动。
4) 确定序列。
连接的计算机中的软件分析为每组碱基记录的 **电信号**。由于每种碱基组合以独特的方式阻挡电流,因此软件可以推断出该组中单个碱基的身份和顺序。随着 DNA 链穿过孔,软件会将整个链上的 **碱基序列** 缝合在一起。
5) 检查错误。
该设备可以确定单链 DNA 的序列,但为了获得更高的精度,它也可以读取互补链。一旦 DNA 的第一条链通过孔,一个称为 **发夹结构** 的小 DNA 链段就会充当系绳,将匹配的另一半也拉入孔中。
统计数据
价格:低于 1,000 美元
DNA 读取长度:70,000 个碱基对
人类基因组大小:30 亿个碱基对
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