MinION:USB记忆棒上的完整DNA测序仪

MinION USB棒DNA测序仪

一年多以前,牛津纳米孔技术公司宣布了MinION USB棒DNA测序仪。这款梦想中的设备的价格不到1,000美元,能够在其6小时的使用寿命内对多达1.5亿个碱基对进行测序,这一功能集使其可以超越任何竞争技术。追随者热衷于开发人员已经能够解决早期的可靠性问题,并且目标是在今年晚些时候将设备推向市场。拥有这样的产品将为患者自我量化工具,DIY生物黑客甚至DNA微机械师提供空前强大的力量-只要我们的医疗监管霸主认为合适即可。

MinION及其更强大的表亲GridION使用了一种相对较新的基因分析技术,即纳米孔测序。 MinION发行版的实际规格已经过几次修订,但看起来我们可以预期船上有2,000至8,000个单独的离子孔。这些孔被内置在圣地亚哥一家未公开的国防制造商生产的特殊ASIC(专用集成电路)芯片中。 MinION可与您的PC一起使用,是一口气。激活设备后,您需要进行排序,然后设备会永久耗尽。对于较大的运行,GridION系统使用独立的机器以及单独的样品盒,其大小与MinION相似。此外,据报道,正如Thinking Machines创始人Danny Hillis一样,GridION系统将能够分析RNA和蛋白质样品-一个刚刚开始挖掘的巨大新领域 在最近的TED演讲中进行了介绍。



MinION原型要读取DNA序列,将预先消化的样品上样到芯片上,并在每个孔中连接不同长度的链。与成对的DNA链相连的酶在成对的DNA链像细带一样穿过小孔时将它们分开。当它们这样做时,在每个碱基对穿过时,连续地流经背景中的孔的离子流受到独特的调制。这些纳米机器的速度惊人,每个纳米孔每秒发送约33,000次测量。得到的信号被放大并发送到FPGA,在那里进行处理。内置了一些错误检查功能,因为在读取DNA链的前半部分后,互补链也会以相反的顺序穿过。





按照30个读取的行业标准覆盖率,一个完整的人类基因组将需要多个USB记忆棒串联运行,并需要几天的时间。但是,整个基因组并不是MinION的主要市场-大型测序公司提供的测序费用越来越低,可以肯定的是,任何真正想要其测序的人都将很快能够获得它。另一方面,仅需一次即可对Phi X噬菌体(仅5.4 kb长的DNA病毒)进行测序。

尽管流行的基因组概念是固定序列的概念,但更大的现实是染色体通过突变以及通过对其结构和数量的总体重排而改变。它们在健康和患病细胞中破裂并融合。监控人体不同细胞群体中的这些变化可能被认为是任何高科技亿万富翁永生计划的核心宗旨。分析和分离混合人类细胞样本中的DNA以及入侵细菌和细菌的病毒的能力将具有更大的威力,我们很快也将需要这种设备。



当前的DNA技术无法捕获企业已知的重要序列信息 。相位信息可以告诉您特定基因或序列来自哪个亲本染色体。如果送入每个孔的线足够长,则纳米孔测序也可能会获得该信息,从而提供进一步的见解。有了这些信息,遗传和家谱不仅会受益,而且有时会引起争议的印记领域也会受益。通过印记和其他所谓的表观遗传修饰,基因可以在一个人的一生中可逆地改变,并且反映他们自身经验的新特征会传递给他们的后代。



顺序图2

任何测序工作的重要组成部分是用于从多个重叠的小块进行组装并随后进行分析的软件。牛津大学与一家名为Accelrys的公司合作开发了一套综合分析软件包,称为Pipeline Pilot。它将利用公共领域中已经存在的大量生物信息学算法。就像那些从23andMe这样的公司提供的较小数据集中进行DNA分析的经验的人知道,不乏其他强大的分析程序。



这些新兴市场的竞争异常激烈。 生命技术公司 还打算通过自己的测序设备来抢占市场份额,其他也即将出现。在大多数情况下,这些公司完全忽略了DIY市场,而是专注于医学和研究领域,仅通过基因咨询公司(例如, 个人 。在某种程度上,新领域已经来临。他们只是在等待更好的测序技术。 基于DNA的计算机 至少目前所想象的那样,微型计算机和微型计算机在很大程度上取决于对并行的长字符串进行快速排序的能力。拥有像MinION这样的设备,以及将来更小的设备-就像最近提出的那样 脑活动图项目 -将开始向那些愿意的人开放这些新领域。