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

第106批仿制药参比制剂目录资讯

第106批仿制药参比制剂目录

经国家药品监督管理局仿制药质量和疗效一致性评价专家委员会审核确定,现发布仿制药参比制剂目录(第一百零六批)。

2026-06-16 16:18

武田制药公布Oveporexton新关键性研究数据资讯

武田制药公布Oveporexton新关键性研究数据

在第40届美国联合专业睡眠学会年会(SLEEP 2026)上公布的3期研究次要及探索性终点结果进一步显示,Oveporexton在广泛的日间及夜间症状方面带来改善

2026-06-16 12:58

兆科眼科硫酸阿托品滴眼液澳洲上市注册申请获受理资讯

兆科眼科硫酸阿托品滴眼液澳洲上市注册申请获受理

6月15日,兆科眼科发布公告称,公司就其用于减慢儿童近视加深疗法的硫酸阿托品滴眼液(0 02%剂量,产品代码:NVK002)提出的注册申请已获澳洲Therapeutic Goods Administrati...

2026-06-16 10:53

和铂医药和百图生科宣布联合成立AI医药公司资讯

和铂医药和百图生科宣布联合成立AI医药公司

6月15日,和铂医药和百图生科联合宣布,双方将建立全面战略合作伙伴关系,联合创立一家面向全球市场的新型AI管线研发公司MegaStream Techbio。

2026-06-16 10:25

陪审团认定安进故意侵权,和铂医药最高可获6060万美元赔偿资讯

陪审团认定安进故意侵权,和铂医药最高可获6060万美元赔偿

今日,和铂医药(02142 HK)发布公告,美国特拉华州联邦地区法院的陪审团就和铂医药针对安进公司(Amgen Inc )及其子公司Teneobio, Inc (以下合称“安进”)提起的专利侵...

2026-06-15 21:28

应对超重肥胖严峻挑战,辉瑞新一代GLP-1埃诺格鲁肽头对头研究验证临床优势资讯

应对超重肥胖严峻挑战,辉瑞新一代GLP-1埃诺格鲁肽头对头研究验证临床优势

超重与肥胖已是全球不可忽视的公共卫生挑战。

2026-06-15 19:58

年内创新药上市企业最大回购计划资讯

年内创新药上市企业最大回购计划

港股上述企业,中国生物制药(正大天晴为其旗下公司)今日发布公告,2026年6月12日,公司董事会决议通过一项股份购买计划,将视市场情况于未来12个月以不超过20亿港元总价在公开...

2026-06-15 15:56

拜耳研发开放日:共探医药创新未来资讯

拜耳研发开放日:共探医药创新未来

“拜耳研发开放日”活动近日在拜耳·亦庄开放创新中心举办。

2026-06-15 12:18

蚂蚁阿福拍皮肤功能升级,试水“AI+医生把关”协作模式资讯

蚂蚁阿福拍皮肤功能升级,试水“AI+医生把关”协作模式

6月15日, "蚂蚁阿福 "宣布“拍皮肤”功能升级:可识别皮肤病种类从50种增至100多种,覆盖99%的线上就医常见皮肤问题。

2026-06-15 11:27

再鼎医药ADC药物注射用维替索妥尤单抗获批资讯

再鼎医药ADC药物注射用维替索妥尤单抗获批

6月9日,再鼎医药宣布国家药品监督管理局(NMPA)已批准缇乐注射用维替索妥尤单抗)的生物制品上市许可申请(BLA)。

2026-06-15 09:23

即将获批的“老花眼”滴眼液被云顶新耀收购资讯

即将获批的“老花眼”滴眼液被云顶新耀收购

6月8日,云顶新耀(01952 HK)发布公告,宣布与箕星药业达成资产收购协议,获得LNZ100(1 44%醋克利定,美国商品名VIZZ)在大中华区(包含中国大陆、中国香港、中国澳门和中国...

2026-06-14 19:25

百奥泰永和工厂EU GMP检查,存在偏差管理相关措施不到位的问题资讯

百奥泰永和工厂EU GMP检查,存在偏差管理相关措施不到位的问题

百奥泰今日发布公告称,公司于2026年2月4日至2月12日接受了法国国家药品与健康产品安全局(ANSM)针对欧盟药品生产质量管理规范(EUGMP)符合性的现场检查。

2026-06-14 16:21

化学仿制药药学研究重大缺陷情形有哪些,触及将不予批准,资讯

化学仿制药药学研究重大缺陷情形有哪些,触及将不予批准,

药品审评中心在审评过程中发现存在重大缺陷的, 不再要求注册申请人补充资料,基于已有申报资料作出不予批准的审评结论。

2026-06-14 10:21

创新医疗器械自膨式单铆可降解房间隔缺损封堵器获批资讯

创新医疗器械自膨式单铆可降解房间隔缺损封堵器获批

近日,国家药品监督管理局批准了上海锦葵医疗器械股份有限公司“自膨式单铆可降解房间隔缺损封堵器”创新产品注册申请。

2026-06-13 20:25

全球首发,首个基础胰岛素/GLP-1RA周制剂诺和杰即将在中国率先上市资讯

全球首发,首个基础胰岛素/GLP-1RA周制剂诺和杰即将在中国率先上市

作为诺和诺德“中国同创”项目的重要里程碑,诺和杰的3期临床研究COMBINE 1由北京大学人民医院纪立农教授牵头开展。这是诺和诺德历史上首次由中国专家担任全球首席研究者的国际...

2026-06-13 20:11

诺未生物完成亿元 B 轮融资,加速 HPV 治疗性核酸新药临床开发进程资讯

诺未生物完成亿元 B 轮融资,加速 HPV 治疗性核酸新药临床开发进程

所募资金将重点用于加速其全球首创 HPV 治疗性核酸药物 NWRD08 的 Ⅱ 期临床试验推进、扩大临床研究中心布局、完善 GMP 生产基地建设以及下一代创新管线的研发储备。

2026-06-12 15:41

ERA 2026重磅数据发布:耐赋康携23项最新研究,持续领跑IgA肾病对因治疗赛道资讯

ERA 2026重磅数据发布:耐赋康携23项最新研究,持续领跑IgA肾病对因治疗赛道

IgA肾病是我国最常见的原发性肾小球疾病,高达75%的患者会在20年后进展至肾衰竭,长期以来,临床缺乏靶向病因的精准治疗方案。

2026-06-12 14:11

诺华盐酸阿曲生坦降价53%,冲击今年国谈资讯

诺华盐酸阿曲生坦降价53%,冲击今年国谈

6月9日,四川省药械招标采购服务中心发布《川药招〔2026〕124号 关于公示部分药品降价的通知》,共涉及228个药品减价,其中,诺华用于治疗IgA肾病的盐酸阿曲生坦位列其中,每盒3...

2026-06-12 13:16

药明康德对美国国防部发起诉讼资讯

药明康德对美国国防部发起诉讼

今日早间,药明康德(603259 SH、02359 HK)发布公告称,2026年6月11日(美国时间),公司已在美国哥伦比亚特区联邦地区法院对美国国防部提起诉讼。

2026-06-12 11:03

博瑞生物双靶点GLP-1注射液减重适应症递交上市申请资讯

博瑞生物双靶点GLP-1注射液减重适应症递交上市申请

博瑞生物6月12日公告称,近日,全资子公司博瑞制药(苏州)有限公司自主研发的BGM0504注射液减重适应症的新药上市申请(NDA),已获国家药品监督管理局(NMPA)药品审评中心(CDE)受理。

2026-06-12 10:10