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    美國佛羅里達州的Marco島（Marco Island, Florida）是基因組測序者們的圣地，十幾年來(lái)，這里每年都會(huì )舉行一次基因組測序盛會(huì )，全世界的基因組測序儀制造商們都會(huì )在會(huì )上拿出他們最先進(jìn)的技術(shù)和產(chǎn)品，其中有很多都是***性的創(chuàng )新技術(shù)。最近最吸引人的就是英國牛津納米孔技術(shù)公司（Oxford Nanopore Technologies）在兩年前發(fā)布的技術(shù)，他們能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)測序，而且擁有非常長(cháng)的讀長(cháng)，這項技術(shù)只需要讓待測DNA分子通過(guò)一個(gè)納米級的孔道就行了（Science, 4 May 2012, p. 534），在此之前很多人都認為這是不可能完成的任務(wù)。牛津納米孔技術(shù)公司表示他們會(huì )盡快推出原型機，讓廣大科研工作者都享受到技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的便利。

    經(jīng)過(guò)了兩年多的沉寂，他們最終給出了答卷。雖然該公司并沒(méi)有派人參加這次的大會(huì )，但是據一位與該公司有合作的科研人員介紹，他們已經(jīng)用這種新技術(shù)對一種細菌進(jìn)行了基因組測序，而他本人也使用測序結果組裝出了細菌的完整基因組序列。并且牛津納米孔技術(shù)公司也在積極兌現承諾，通知科研人員們對他們的新設備進(jìn)行測試。不過(guò)并不是所有人都認可該公司的這第二步棋，因為他們得到的測序數據的質(zhì)量并不高，單單靠這些數據是不可能獲得完整基因組序列的。

    與此同時(shí)，傳統的測序儀也在飛速地發(fā)展，希望進(jìn)一步降低測序服務(wù)的成本。比如全世界最大的測序儀制造商Illumina公司就在今年1月登上了頭條，因為他們宣稱(chēng)將推出一臺新產(chǎn)品，能夠將個(gè)人基因組測序的成本降低到1000美元這個(gè)具有重要意義的分界線(xiàn)，因為很多人都認為如果個(gè)人基因組測序的費用能夠降低到這個(gè)水平，將使測序成為一項臨床常規檢測手段（Science, 17 March 2006, p. 1544）。

    Illumina公司推出的這臺新設備與其它新一代測序儀（next-gen sequencers）一樣，采用的也都是合成測序策略，即在新DNA鏈合成的時(shí)候檢測出被添加上的堿基。這些堿基必須加上化學(xué)標簽（修飾物），以方便辨認。采用這種技術(shù)測得的片段讀長(cháng)都很短，需要進(jìn)行后續拼接。而牛津納米孔技術(shù)公司采用的測序策略則完全不同，他們使用的是實(shí)時(shí)測序方法，讓一根DNA長(cháng)鏈穿過(guò)納米級別的孔徑來(lái)完成測序。當DNA鏈上的堿基通過(guò)納米孔時(shí)，它們會(huì )阻斷納米孔中的離子流，而每一種堿基引起的變化都不相同，因此就可以判斷出堿基的序列。從理論上來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)的測序讀長(cháng)可以達到數千bp，不會(huì )產(chǎn)生延遲，也不需要進(jìn)行事后的序列拼接。這項技術(shù)提出距今已經(jīng)過(guò)去了接近20年，最終于2012年成為了現實(shí)。當時(shí)牛津納米孔技術(shù)公司提交了一份病毒基因組序列，據稱(chēng)就是使用納米孔技術(shù)測得的。

    但為什么后來(lái)就沒(méi)動(dòng)靜了呢？

    據牛津納米孔技術(shù)公司介紹，這兩年來(lái)他們一直在尋找一種新型的基質(zhì)膜來(lái)為納米孔提供支撐，因為最開(kāi)始使用的基質(zhì)膜不適宜進(jìn)行大規模制造。他們也調整了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)策略，放棄了最開(kāi)始計劃的大型測序儀開(kāi)發(fā)計劃，轉而投向開(kāi)發(fā)小型手持式、一次性測序設備，因為他們感覺(jué)這塊市場(chǎng)需求更大。

    美國馬薩諸塞州博大研究所（Broad Institute in Cambridge, Massachusetts）的David Jaffe在今年也透露一些新進(jìn)展。他們課題組對大腸桿菌（Escherichia coli）這種常見(jiàn)的細菌和Scardovia wiggsiae（這是一種與牙齒腐爛相關(guān)的細菌）細菌進(jìn)行了基因組測序，由他們提供DNA樣品，牛津納米孔技術(shù)公司完成了測序工作。這兩種細菌的基因組長(cháng)度分別為460萬(wàn)bp和155萬(wàn)bp。該工作表明牛津納米孔技術(shù)公司的測序技術(shù)已經(jīng)從兩年前的病毒基因組水平提升到了細菌基因組水平。

    但是Jaffe的**也證實(shí)牛津納米孔技術(shù)公司還有很長(cháng)的一段路需要走。該公司提供的數據證明納米孔測序技術(shù)的確擁有相當大的讀長(cháng)優(yōu)勢，幾乎可以對一段DNA樣品進(jìn)行完整測序，一次最多能夠得到10kb的序列。不過(guò)雖然有如此完美的數據，但是系統誤差卻讓Jaffe等人無(wú)法將這些大片段拼接成完整的基因組序列，而這也是納米孔測序技術(shù)的終極目標。不過(guò)Jaffe等人發(fā)現，可以使用這些納米孔測序數據對常見(jiàn)的Illumina測序儀獲得的基因組序列進(jìn)行優(yōu)化。美國馬里蘭州美國**人類(lèi)基因組研究院（National Human Genome Research Institute in Bethesda, Maryland）的Jeffery Schloss表示，雖然這種技術(shù)還處于初級階段，但是在某些方面已經(jīng)表現出了很強的應用優(yōu)勢。不過(guò)其他人卻沒(méi)有這么樂(lè )觀(guān)，比如加拿大蒙特利爾麥基爾大學(xué)（McGill University in Montreal, Canada）的基因組學(xué)家Ken Dewar就指出，如果納米孔技術(shù)只能夠對現有技術(shù)起到修補作用，那么開(kāi)發(fā)一臺手持式的納米孔測序儀有什么意義呢？

    牛津納米孔技術(shù)公司目前正在邀請科研人員們自己來(lái)驗證納米孔測序技術(shù)的實(shí)力。就在Jaffe透露消息的當天，該公司就向全世界發(fā)出了電子郵件，邀請數百位申請者來(lái)體驗他們的便攜式測序儀MinION，只需要繳納1000美元押金即可。首先這些試用者需要先用牛津納米孔技術(shù)公司提供的DNA樣品進(jìn)行預試驗，熟悉儀器操作等流程，然后就可以對任意的DNA進(jìn)行測序。

    美國加州大學(xué)圣克魯茲分校（University of California, Santa Cruz）的David Deamer是納米孔測序技術(shù)的先驅?zhuān)稍缇偷炔患傲耍赋觯蠹铱梢杂泻芏鄻悠纺脕?lái)試用。我們可要好好地‘虐’一下這臺儀器。比如有人會(huì )用來(lái)對食品進(jìn)行快速檢測，看看是否存在有害微生物污染，也有人會(huì )想看看MinION能否測出古老的DNA。Deamer還想看看這臺儀器是不是能夠一次讀出16kb的序列。

    就在牛津納米孔技術(shù)公司大肆推介這種低成本的手持式測序儀的同時(shí)，Illumina公司也沒(méi)有坐以待斃，他們決定反其道而行，推出了一款專(zhuān)門(mén)供超大型測序中心使用的最高級的測序儀。就在上個(gè)月，Illumina公司推出了價(jià)值數百萬(wàn)美元的HiSeq X，這臺測序儀在一年的時(shí)間內能夠測得1800個(gè)人的基因組序列，據該公司介紹，這將使個(gè)人基因組測序成本下探到1000美元以下，而且耗費的人工、儀器折舊和試劑成本都將大幅度降低。據Illumina公司的市場(chǎng)部高級經(jīng)理Joel Fellis介紹：“我們看到大規模測序的需求在逐年上升。比如英國就計劃到2017年時(shí)為全英國10萬(wàn)人進(jìn)行個(gè)人基因組測序。”

    不過(guò)事情可沒(méi)有這么簡(jiǎn)單。任何有計劃購買(mǎi)HiSeq X的客戶(hù)必須一次**10臺以上的設備，而且必須承諾只能將這些設備用于個(gè)人基因組測序。美國加州大學(xué)圣克魯茲分校的生物工程師Zak Wescoe表示，這已經(jīng)超出了絕大部分科研人員能夠承受的費用。而且這些設備只有滿(mǎn)負荷運轉時(shí)才能夠將個(gè)人基因組測序的成本壓低到1000美元的水平。美國華盛頓大學(xué)基因組研究院（The Genome Institute at Washington University in St. Louis）的副主席Elaine Mardis也認為，可沒(méi)有太多地方每年都能夠提供1.8萬(wàn)人的個(gè)人基因組測序需求，也沒(méi)有這么大的數據分析能力，所以Mardis這樣評價(jià)道：“我不知道有誰(shuí)會(huì )買(mǎi)這些測序儀。”

    Deanna Church是美國加利福尼亞洲門(mén)羅公園Personalis公司（Personalis in Menlo Park, California）的基因組學(xué)家，他對技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的成本降低非常歡迎。他說(shuō)道：“在這塊市場(chǎng)中將出現好幾個(gè)競爭者，總有一些技術(shù)會(huì )最終勝出。”