MinION的手持測(cè)序設(shè)備的工作原理、作用、應(yīng)用
2018/11/16 9:10:47??????點(diǎn)擊：
MinION的手持測(cè)序設(shè)備的工作原理：
MinION會(huì)讓DNA長(zhǎng)鏈穿過(guò)被稱(chēng)為納米孔的小孔，并且探測(cè)由DNA的4個(gè)核苷酸組件引發(fā)的電流微小變化，從而閱讀序列信息。雖然Mason的展示是對(duì)該設(shè)備性能的輕松說(shuō)明，但早期用戶(hù)也積累了一些引人注目的科學(xué)成就。MinION在監(jiān)控2015年埃博拉病毒爆發(fā)上扮演了舉足輕重的角色，乘船到達(dá)過(guò)南極甚至進(jìn)入了太空軌道。
不過(guò)，大小和一幅撲克牌相當(dāng)?shù)腗inION僅在全球測(cè)序市場(chǎng)上占據(jù)了一小部分份額。這個(gè)市場(chǎng)仍由位于加州圣地亞哥的啟迪公司主導(dǎo)。雖然啟迪領(lǐng)先了近10年，但ONT及其用戶(hù)也正在努力克服技術(shù)挑戰(zhàn)——最突出的挑戰(zhàn)是較高的出錯(cuò)率。與此同時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)希望對(duì)這種概念上很簡(jiǎn)單但技術(shù)上很復(fù)雜的測(cè)序策略稍加創(chuàng)新，從而超越ONT。
MinION的手持測(cè)序設(shè)備的作用
Christopher Mason有一個(gè)喜歡在會(huì)議上展示的技巧。通過(guò)從志愿者手機(jī)上收集的化驗(yàn)樣本獲取DNA，他和同事能在一個(gè)小時(shí)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行譜系分析，甚至詳細(xì)描述出捐贈(zèng)者一天的生活細(xì)節(jié)。“我們能從手機(jī)上的殘留物預(yù)言誰(shuí)剛吃了一個(gè)橘子或者誰(shuí)吃了豬肉。”美國(guó)紐約威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院計(jì)算生物學(xué)家Mason表示。
MinION的手持測(cè)序設(shè)備的應(yīng)用
事實(shí)證明，MinION在傳染病研究人員中尤其受歡迎。例如，伯明翰大學(xué)微生物基因?qū)W家、MinION早期采用者Nicholas Loman同全球病毒“熱點(diǎn)區(qū)域”的同行合作，共同監(jiān)控埃博拉在西非以及寨卡在巴西的傳播。“他們基本上能在48小時(shí)內(nèi)建立一個(gè)測(cè)序?qū)嶒?yàn)室并使其運(yùn)行，并且可以把設(shè)備打包裝到能攜帶的行李箱里。”加州大學(xué)生物物理學(xué)家Mark Akeson表示。Akeson開(kāi)展了納米孔測(cè)序法方面的一些基礎(chǔ)性研究，并且是ONT咨詢(xún)委員會(huì)成員。Loman表示，這種可攜帶性是一種巨大的優(yōu)勢(shì)，但大量的數(shù)據(jù)輸出可能會(huì)難以掌控。“我們?cè)诎臀鲙缀跻晒α耍驗(yàn)樵O(shè)備過(guò)熱，我的蘋(píng)果電腦崩潰了。”
一些團(tuán)隊(duì)正在探尋臨床微生物學(xué)應(yīng)用。澳大利亞昆士蘭大學(xué)生物信息學(xué)家Lachlan Coin開(kāi)發(fā)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析算法，以便檢測(cè)血液樣本中的耐藥細(xì)菌。在利用培養(yǎng)細(xì)菌開(kāi)展的早期測(cè)試中，Coin團(tuán)隊(duì)能在10個(gè)小時(shí)內(nèi)辨別出一個(gè)樣本中的所有抗藥基因。Coin介紹說(shuō)，現(xiàn)在的技術(shù)能讓這一時(shí)間減半，但利用真實(shí)樣本（人類(lèi)DNA會(huì)將細(xì)菌DNA淹沒(méi)）的做法正在令這一過(guò)程復(fù)雜化。“我認(rèn)為，再過(guò)一年左右，我們將能在6個(gè)小時(shí)內(nèi)辨別出病人樣本中的抗藥基因。”
其他研究人員正在探尋宏基因組學(xué)，目標(biāo)是全面描述樣本中的所有生物體。原則上，流動(dòng)細(xì)胞中的每個(gè)納米孔都能被用于同時(shí)檢測(cè)不同的基因組。“你可以獲得存在的任何物種——細(xì)菌、病毒和人類(lèi)DNA的完整基因圖譜。”Mason介紹說(shuō)。他利用納米孔測(cè)序?qū)σ蝮a臟出名的紐約地鐵系統(tǒng)開(kāi)展了宏基因組學(xué)調(diào)查，并且雄心勃勃地計(jì)劃對(duì)更加荒涼的環(huán)境——包括火星進(jìn)行分析。Mason同美國(guó)宇航局的科學(xué)家合作證實(shí)，MinION在國(guó)際空間站零重力條件下表現(xiàn)良好。他和同事希望，有一天能將該技術(shù)用于研究火星，并且為正在進(jìn)行的尋找地外生命提供幫助。
MinION會(huì)讓DNA長(zhǎng)鏈穿過(guò)被稱(chēng)為納米孔的小孔，并且探測(cè)由DNA的4個(gè)核苷酸組件引發(fā)的電流微小變化，從而閱讀序列信息。雖然Mason的展示是對(duì)該設(shè)備性能的輕松說(shuō)明，但早期用戶(hù)也積累了一些引人注目的科學(xué)成就。MinION在監(jiān)控2015年埃博拉病毒爆發(fā)上扮演了舉足輕重的角色，乘船到達(dá)過(guò)南極甚至進(jìn)入了太空軌道。
不過(guò)，大小和一幅撲克牌相當(dāng)?shù)腗inION僅在全球測(cè)序市場(chǎng)上占據(jù)了一小部分份額。這個(gè)市場(chǎng)仍由位于加州圣地亞哥的啟迪公司主導(dǎo)。雖然啟迪領(lǐng)先了近10年，但ONT及其用戶(hù)也正在努力克服技術(shù)挑戰(zhàn)——最突出的挑戰(zhàn)是較高的出錯(cuò)率。與此同時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)希望對(duì)這種概念上很簡(jiǎn)單但技術(shù)上很復(fù)雜的測(cè)序策略稍加創(chuàng)新，從而超越ONT。
MinION的手持測(cè)序設(shè)備的作用
Christopher Mason有一個(gè)喜歡在會(huì)議上展示的技巧。通過(guò)從志愿者手機(jī)上收集的化驗(yàn)樣本獲取DNA，他和同事能在一個(gè)小時(shí)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行譜系分析，甚至詳細(xì)描述出捐贈(zèng)者一天的生活細(xì)節(jié)。“我們能從手機(jī)上的殘留物預(yù)言誰(shuí)剛吃了一個(gè)橘子或者誰(shuí)吃了豬肉。”美國(guó)紐約威爾康奈爾醫(yī)學(xué)院計(jì)算生物學(xué)家Mason表示。
MinION的手持測(cè)序設(shè)備的應(yīng)用
事實(shí)證明，MinION在傳染病研究人員中尤其受歡迎。例如，伯明翰大學(xué)微生物基因?qū)W家、MinION早期采用者Nicholas Loman同全球病毒“熱點(diǎn)區(qū)域”的同行合作，共同監(jiān)控埃博拉在西非以及寨卡在巴西的傳播。“他們基本上能在48小時(shí)內(nèi)建立一個(gè)測(cè)序?qū)嶒?yàn)室并使其運(yùn)行，并且可以把設(shè)備打包裝到能攜帶的行李箱里。”加州大學(xué)生物物理學(xué)家Mark Akeson表示。Akeson開(kāi)展了納米孔測(cè)序法方面的一些基礎(chǔ)性研究，并且是ONT咨詢(xún)委員會(huì)成員。Loman表示，這種可攜帶性是一種巨大的優(yōu)勢(shì)，但大量的數(shù)據(jù)輸出可能會(huì)難以掌控。“我們?cè)诎臀鲙缀跻晒α耍驗(yàn)樵O(shè)備過(guò)熱，我的蘋(píng)果電腦崩潰了。”
一些團(tuán)隊(duì)正在探尋臨床微生物學(xué)應(yīng)用。澳大利亞昆士蘭大學(xué)生物信息學(xué)家Lachlan Coin開(kāi)發(fā)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析算法，以便檢測(cè)血液樣本中的耐藥細(xì)菌。在利用培養(yǎng)細(xì)菌開(kāi)展的早期測(cè)試中，Coin團(tuán)隊(duì)能在10個(gè)小時(shí)內(nèi)辨別出一個(gè)樣本中的所有抗藥基因。Coin介紹說(shuō)，現(xiàn)在的技術(shù)能讓這一時(shí)間減半，但利用真實(shí)樣本（人類(lèi)DNA會(huì)將細(xì)菌DNA淹沒(méi)）的做法正在令這一過(guò)程復(fù)雜化。“我認(rèn)為，再過(guò)一年左右，我們將能在6個(gè)小時(shí)內(nèi)辨別出病人樣本中的抗藥基因。”
其他研究人員正在探尋宏基因組學(xué)，目標(biāo)是全面描述樣本中的所有生物體。原則上，流動(dòng)細(xì)胞中的每個(gè)納米孔都能被用于同時(shí)檢測(cè)不同的基因組。“你可以獲得存在的任何物種——細(xì)菌、病毒和人類(lèi)DNA的完整基因圖譜。”Mason介紹說(shuō)。他利用納米孔測(cè)序?qū)σ蝮a臟出名的紐約地鐵系統(tǒng)開(kāi)展了宏基因組學(xué)調(diào)查，并且雄心勃勃地計(jì)劃對(duì)更加荒涼的環(huán)境——包括火星進(jìn)行分析。Mason同美國(guó)宇航局的科學(xué)家合作證實(shí)，MinION在國(guó)際空間站零重力條件下表現(xiàn)良好。他和同事希望，有一天能將該技術(shù)用于研究火星，并且為正在進(jìn)行的尋找地外生命提供幫助。
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