納米孔測(cè)序的想法起始于25年前， 2012年5月4日《Science》首次報(bào)道了Oxford Nanopore公司研制的納米孔測(cè)序儀樣機(jī)——MinION，用于破譯病毒DNA。然而MinION的發(fā)展歷程并不那么順利，英國(guó)牛津大學(xué)基因組學(xué)中心基因組學(xué)家Rory Bowden說，“眾所周知，在每次讀取的水平上，MinION不是很精確”。2014年2月《Science》表示為了正確讀取每個(gè)堿基，納米孔的數(shù)據(jù)必須結(jié)合常規(guī)測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。2016年2月3日，《Nature》闡述了納米孔測(cè)序現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)埃博拉病毒的成功例子， 2016年2月19日，《Science》以《Pocket DNA sequencers make real-time diagnostics a reality》為題，再次闡述了納米孔測(cè)序的未來。

　　MinION一直在探索的路上

　　到目前為止，大多數(shù)的測(cè)序是通過構(gòu)建待測(cè)鏈的互補(bǔ)鏈而實(shí)現(xiàn)，同時(shí)必須用化學(xué)標(biāo)記堿基，以方便確定它們是否被逐一加到新鏈中，此外這種技術(shù)將產(chǎn)生許多需要拼接的小片段。納米孔的方法可更直接地閱讀堿基，當(dāng)單鏈DNA通過微孔時(shí)，每個(gè)堿基以獨(dú)有的方式中斷孔隙中的離子流以揭示其身份。在納米孔測(cè)序之前，基因測(cè)序需要大量的設(shè)備、時(shí)間及金錢。而納米孔測(cè)序的問世，使“行李箱中的基因測(cè)序成為了可能”，然而，迄今為止只有一家公司生產(chǎn)此類測(cè)序儀，且準(zhǔn)確率比較低下。

　　在過去兩年里，數(shù)以百計(jì)的實(shí)驗(yàn)室在嘗試MinION。例如，上個(gè)月新加坡基因組研究所計(jì)算機(jī)生物學(xué)家Niranjan Nagarajan領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種無需修改測(cè)序程序便可提高測(cè)序精確度的方法。該研究團(tuán)隊(duì)利用MinION來確定皮膚或糞便樣本中的細(xì)菌。為了區(qū)分細(xì)菌物種，研究人員測(cè)定了每個(gè)樣本的16s核糖體基因序列。傳統(tǒng)的測(cè)序方法只能檢測(cè)出基因的一部分，有時(shí)不足以進(jìn)行陽(yáng)性分析。MinION可捕獲更多甚至是全部的基因信息，這使得物種的鑒定更加精確——若序列足夠精確。

　　為了提高準(zhǔn)確性，Nagarajan利用化學(xué)物質(zhì)將16S基因制成環(huán)形，并添加特殊的DNA復(fù)制酶對(duì)環(huán)形DNA進(jìn)行復(fù)制，從而產(chǎn)生多個(gè)重復(fù)的DNA片段。當(dāng)每個(gè)字符串經(jīng)過MinION孔時(shí)，16S基因便被多次測(cè)序，大約重復(fù)6次測(cè)序足以保證精準(zhǔn)識(shí)別每個(gè)堿基。研究人員于1月27日在《bioRxiv》公布了該結(jié)果。

　　《Nature》和《Science》共述，MinION可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)診斷

　　2016年2月3日，《Nature》首次報(bào)道了利用納米孔測(cè)序?qū)Π２├颊邩颖具M(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)序的成功例子，同時(shí)2月19日《Science》也對(duì)此事件進(jìn)行了闡述，《Science》表示埃博拉現(xiàn)場(chǎng)測(cè)序的成功取決于MinION精準(zhǔn)度的提高，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)埃博拉病毒序列的同時(shí)，其他研究人員在實(shí)驗(yàn)室中調(diào)整樣品制備和數(shù)據(jù)分析以提高設(shè)備的精度和速度。

　　英國(guó)伯明翰大學(xué)微生物基因組學(xué)家Nicholas Loman及其同事意識(shí)到可從堿基通過孔隙時(shí)離子流的變化進(jìn)一步提取堿基的信息。巴爾的摩約翰霍普金斯大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師Winston Timp說，電流信號(hào)中蘊(yùn)藏著更多的信息。每個(gè)堿基信號(hào)都受其兩側(cè)周圍的影響。聯(lián)合使用分析“波形曲線”的新的計(jì)算機(jī)程序(該程序由多倫多安大略癌癥研究所 Jared Simpson等人研發(fā))，該研究團(tuán)隊(duì)決定單獨(dú)使用納米孔數(shù)據(jù)來分析細(xì)菌序列。

　　隨后研究人員將他們的序列帶到西非，在那里他們成功地從患者身上檢測(cè)出了148株埃博拉病毒基因組。即使在田間條件下，研究人員也可在24小時(shí)內(nèi)完成一個(gè)基因組測(cè)序，研究人員表示，實(shí)時(shí)分析病原體將觸手可及。

　　生態(tài)學(xué)家、公共衛(wèi)生官員、流行病理學(xué)家、食品安全官員以及其他人員都將受益于此。參與研發(fā)該測(cè)序儀的加州大學(xué)分子生物學(xué)家Mark Akeson說，“納米孔測(cè)序的出發(fā)點(diǎn)是在星球上進(jìn)行DNA測(cè)序，是一種民主化測(cè)序。”