DNA测序概念再升级:新方法每秒识别660亿碱基

医疗健康 来源:生物探索
2016
01/22
09:00
生物探索 医疗健康

DNA测序经历了Sanger测序、二代测序(高通量测序)及三代测序(纳米孔测序),日前,美国国家标准与技术研究所(NIST)模拟了一个新型基因测序概念:通过将DNA分子从微小的、具有化学活性的石墨孔洞中拉动,通过测量石墨孔洞边缘产生的电位变化来实现高速、高精度、高效率的DNA测序;研究人员表明,该方法每秒可识别660亿个碱基,准确度为90%且无假阳性;如果该方法通过实验验证,那么将比传统的测序方法速度更快,成本更低。相关研究结果于近日发表于《Nanoscale》杂志上。

NIST提出的新型DNA测序方法与纳米孔测序原理的延伸,依赖于带电粒子(离子)通过纳米孔道引发电位变化。尽管一直以来都受欢迎,但带电粒子(离子)通过纳米孔道引发电位变化也面临很多挑战,如不必要的电信号噪声、干扰以及选择性不足。为了克服这些困扰,NIST提出的新建议是创建临时的化学键和依赖于石墨烯的能力打破这些化学键,并将产生的机械应变信号转变为电流信号。引领该项目的NIST理论家Alex Smolyanitsky说,“这本质上是一个微型压力传感器,我们并没有发明一个完整的技术,只是提出了一个新的物理原理。”

由于电气性和微型薄膜结构,石墨烯在纳米孔测序中很受欢迎。在NIST提出的新方法中,单层石墨纳米带(4.5*15.5nm)附有多个纳米通道(宽度为2.5nm)。于室温下在水中模拟传感器的工作原理:胞嘧啶可附着在纳米孔中,通过碱基配对原理可检测出鸟嘌呤;单链DNA分子可通过纳米孔;当鸟嘌呤通过孔道时,与胞嘧啶形成氢键;随着DNA单链在孔道中移动,石墨烯被猛拉再滑回到原来的位置,氢键断裂,从而机械应变信号转变为电流信号。

NIST的研究主要集中于DNA链如何影响石墨烯的电学性能,并发现临时的电流变化确实发生在目标碱基通过孔道的瞬间。为了能检测ACTG四个碱基,拥有不同插入孔的四个石墨烯带需垂直堆叠以创建一个集成的DNA传感器。

研究人员将模拟数据与理论想结合起来评估可测信号的变化水平。结果发现信号强度在毫安范围,比早期的离子电流纳米孔方法要强些。基于90%的准确率和无假阳性,研究人员认为DNA链四个碱基的独立检测可使准确率达99.99%,这个准确率也是人类所需的。

作者最后得出结论:该方法提供了一个无需先进的数据处理、显微镜或高度受限的操作环境便可实现DNA传感的技术。除了将碱基附着到纳米孔上,其他所有的传感组件均已被其他研究小组的试验证实。理论分析表明基本的电子过滤方法可以过滤有用的电信号,该方法将同样可用于其他应变敏感膜,如二硫化钼。

回顾纳米孔测序

新型纳米孔测序法(nanopore sequencing)是采用电泳技术,借助电泳驱动单个分子逐一通过纳米孔 来实现测序的。由于纳米孔的直径非常细小,仅允许单个核酸聚合物通过,因而可以在此基础上使用多种方 法来进行高通量检测。此外,纳米级别的孔径保证了检测具有良好的持续性,所以测序的准确度非常高。对 于长达1,000个碱基的单链DNA分子、RNA分子或者更短的核酸分子而言,根本无需进行扩增或标记就可以 使用纳米孔测序法进行检测,这使得便宜、快速地进行DNA测序成为可能。

1996年哈佛大学的Daniel Branton、加州大学的David Deamer及其同事,在美国国家科学院院刊PNAS杂志上首次发表文章指出,可以用膜通道检测多核苷酸序列。2005年,Bayley、Gordon Sanghera和Spike Wilcocks创立的Oxford Nanopore公司正式登场。为了开发稳定可靠的纳米孔测序平台,该公司从2007年开始研发以蛋白为基础的纳米孔测序系统。2012年,该公司在AGBT(基因组生物学技术进展年会)上发布了自己的纳米孔系统——MinION,从此纳米孔测序真正实现了商业化。然而,纳米孔测序目前还处于发展初期,错误率等技术问题还有待突破。

来源:生物探索

为你推荐

圣因生物完成超 1.1 亿美元 B 轮融资,加速 RNAi 疗法全球布局资讯

圣因生物完成超 1.1 亿美元 B 轮融资,加速 RNAi 疗法全球布局

本轮融资由知名产业机构领投,国际主权基金、中国生物制药、君联资本等十余家机构跟投,全球制药巨头礼来公司战略入局,高瓴创投、启明创投等现有股东持续加码支持,融资规模创...

2025-12-12 16:59

操纵自家股票还亏损,金城医药董事长被处罚资讯

操纵自家股票还亏损,金城医药董事长被处罚

2025 年12 月10日,公司收到实际控制人赵叶青先生的通知,其收到中国证监会《行政处罚决定书》。

2025-12-12 11:40

又一款抗流感药物获批资讯

又一款抗流感药物获批

12月11日晚间,健康元发布公告称,公司研发的玛帕西沙韦胶囊收到国家药品监督管理局核准签发的《药品注册证书》。

2025-12-12 10:41

投后估值达21.37亿元,实体瘤细胞治疗领军企业君赛生物递表港交所资讯

投后估值达21.37亿元,实体瘤细胞治疗领军企业君赛生物递表港交所

君赛生物共有5款在研产品,其中核心产品也是进展最快的是GC101,正开展上市前的关键II期临床试验,有望成为国内首个获批上市的TIL细胞创新药

2025-12-12 09:24

ESMO-IO | ORR达41.7%!君赛生物GC101 TIL治疗晚期后线非小细胞肺癌I期数据首次公布资讯

ESMO-IO | ORR达41.7%!君赛生物GC101 TIL治疗晚期后线非小细胞肺癌I期数据首次公布

这不仅是全球首个无需高强度清淋化疗、无需IL-2给药的TIL疗法治疗肺癌的临床研究,也是国内首个公开披露该领域数据的注册性临床研究。

2025-12-12 09:17

君合盟生物启动重组 A 型肉毒毒素治疗成人上肢痉挛状态临床 III 期试验,并完成首例患者入组资讯

君合盟生物启动重组 A 型肉毒毒素治疗成人上肢痉挛状态临床 III 期试验,并完成首例患者入组

该临床试验由复旦大学附属华山医院李放教授和上海市养志康复医院(即上海市阳光康复中心)靳令经教授联合牵头

2025-12-11 21:06

Medidata发布全新调研报告:临床试验AI应用价值凸显,超七成用户反馈“达到或超预期”资讯

Medidata发布全新调研报告:临床试验AI应用价值凸显,超七成用户反馈“达到或超预期”

基于对来自全球制药公司、生物科技公司及合同研究组织(CRO)中超200位核心决策者的深度调研,报告显示,目前AI在改善患者招募、优化数据管理、控制运营成本和提升试验效率等方...

2025-12-11 20:57

近20年首个全新类别抗菌药物醋酸来法莫林纳入医保,开启中国成人社区获得性肺炎治疗普惠新篇章资讯

近20年首个全新类别抗菌药物醋酸来法莫林纳入医保,开启中国成人社区获得性肺炎治疗普惠新篇章

该产品继2025年6月30日获得国家药品监督管理局批准用于治疗成人社区获得性肺炎(CAP)后又纳入国家医保目录

2025-12-11 20:50

国家药监局同意吉林、海南开展优化药品补充申请审评审批程序改革试点资讯

国家药监局同意吉林、海南开展优化药品补充申请审评审批程序改革试点

同意你们开展优化药品补充申请审评审批程序改革试点。

2025-12-11 11:04

国家药监局发布第三批调出参比制剂目录品种资讯

国家药监局发布第三批调出参比制剂目录品种

第三批调出参比制剂目录品种清单。

2025-12-11 11:00

全球首发!中国率先批准博优维®(那米司特)用于治疗进展性肺纤维化资讯

全球首发!中国率先批准博优维®(那米司特)用于治疗进展性肺纤维化

继近期在美国和中国获批用于治疗特发性肺纤维化(IPF)之后,PPF是那米司特获批的第二个适应症

2025-12-10 19:07

专注 “生物学 + AI” ,普瑞基准完成超亿元 D 轮融资,加速 AI 驱动新药研发资讯

专注 “生物学 + AI” ,普瑞基准完成超亿元 D 轮融资,加速 AI 驱动新药研发

本轮融资由信立泰、广投资本、申宏中恒基金联合领投,老股东金谷汇枫、聚翊投资持续跟投

2025-12-10 15:55

迈斯拓扑完成近亿元天使轮融资,加速新型医用同位素国产化资讯

迈斯拓扑完成近亿元天使轮融资,加速新型医用同位素国产化

本轮融资由中科创星领投,曙日辰星、正景资本跟投,指数资本担任独家财务顾问。

2025-12-10 11:18

别把“嗜睡”当懒癌!新型促觉醒药翼朗清®获批,专注维持日间清醒资讯

别把“嗜睡”当懒癌!新型促觉醒药翼朗清®获批,专注维持日间清醒

促觉醒药物翼朗清®(盐酸索安非托片)正式获得中国国家药品监督管理局(NMPA)批准,用于改善阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)伴有日间过度嗜睡(EDS)的成人患者的觉醒程度。

2025-12-10 11:04

复星医药将其GLP-1产品全球化权益授权辉瑞,总里程碑付款近150亿人民币资讯

复星医药将其GLP-1产品全球化权益授权辉瑞,总里程碑付款近150亿人民币

12月9日晚间,复星医药发布公告称,公司控股子公司药友制药、复星医药产业与辉瑞共同签订《许可协议》,(其中主要包括)由药友制药就口服小分子胰高血糖素样肽-1受体(GLP-1R)...

2025-12-10 09:12

从中国到全球:玛伐凯泰以国内外充分循证夯实临床使用基础资讯

从中国到全球:玛伐凯泰以国内外充分循证夯实临床使用基础

2024年,玛伐凯泰在中国获批上市并迅速纳入国家医保目录,为中国梗阻性HCM患者带来了全新希望。

2025-12-09 17:18

奕检健康完成数千万元 A + 轮融资,加码精准医学布局资讯

奕检健康完成数千万元 A + 轮融资,加码精准医学布局

本轮融资由国内知名投资机构财通资本领投

2025-12-09 17:16

Capricor Therapeutics公司宣布外泌体疗法Deramiocel在DMD三期中取得积极成果资讯

Capricor Therapeutics公司宣布外泌体疗法Deramiocel在DMD三期中取得积极成果

近日,专注与外泌体疗法的Capricor Therapeutics(纳斯达克代码:CAPR)公司宣布其核心管线Deramiocel在杜氏肌营养不良症关键三期 HOPE-3 研究中取得积极成果。

2025-12-09 16:38

2024医药电商销售品类分部情况资讯

2024医药电商销售品类分部情况

2024 年医药电商直报企业销售总额 2488亿元(含第三方交易服务平台交易额),占同期七大类医药商品销售总额 8 4%。

2025-12-09 10:51

中药1类创新药剑指抑郁症治疗蓝海,远大医药GPN01360成功达到国内II期临床终点资讯

中药1类创新药剑指抑郁症治疗蓝海,远大医药GPN01360成功达到国内II期临床终点

国产抗抑郁症药物研发取得重大进展。近日,远大医药(0512 HK)的1 1类中药创新药GPN01360国内II期临床研究成功达到临床终点,产品表现出显

2025-12-08 18:27