用隨身碟做 DNA 定序 每支不到3萬台幣

作者 | 發布日期 2013 年 10 月 22 日 16:47 | 分類 奈米 , 尖端科技 , 生物科技
Nanopore MinION

我們都知道 DNA 定序很重要,它可以讓科學家找出疾病的原因、尋求非人為因素肥胖的療法、研發新藥時也可以跳過很多實體實驗的程序,但問題是現有科技只能以花費數小時甚至數天的時間,為短短一小段 DNA 定序,成本偏高。不過一款新開發出的「隨身碟」,只要滴上一滴樣本它就可以幫你定序,比傳統的方法更快、更便宜,大幅改變了基因與遺傳學相關領域的研究方法。



傳統方法耗時費工

面對成百上千個鹼基對組成的基因,過去的定序方法是先找來上千個樣本,把它們搗碎,個別將碎片裡的鹼基對定序,再用軟體做精細的比對,透過碎片間重疊的部份確認排列的先後次序,如此就能重組出原來的順序。這個方法可以確保結果正確無誤,但必須要有足夠的「確認程序」,才不會讓樣本碎片重組的過程中發生接錯的情形,相對來講就是耗時費力。

新的定序法稱做「奈米孔定序法」(Nanopore Sequencing),可以一次處理長串的 DNA ,也能夠精確定序許多重覆的鹼基對。這款叫做 MinION 的產品,長得就像一個較大的隨身碟,而它的基本配備需求卻很簡單:一台電腦,要有 USB 埠。

nanopore MinION

運作原理

使用者先滴一滴樣本到 MinION 的晶片上,那裡有許多毛細孔,裡面裝有許多薄膜。接著一種酵素把 DNA 的雙股拆開,並讓其中一股插入只有幾奈米寬的毛孔中。裝置上的電極製造一束離子流,並使它流過毛孔。當鹼基通過毛孔,會阻擋離子、中斷離子流,此時裝置將把離子流被中斷的過程紀錄下來。

接著電腦預先安裝的軟體會開始分析紀錄下來的電子訊號。因為不同鹼基阻擋離子時會形成不同的電子訊號,代表它們將容易被辨識出來。當 DNA 如長長一串繩子慢慢通過毛孔時,上面的鹼基順序就會一一辨識出來。

Nanopore_sensing▲離子流通過毛孔,當不同鹼基阻擋離子流形成不同的電子訊號,經偵測接收加以辨識,便可知道是屬於哪一種鹼基。

剛剛提到酵素會把 DNA 雙股拆開,你可以想像 DNA 雙股在這個時候是一條從中間用手提起來的繩子,手指捏住的部位像是愛車人士最熟悉的「髮夾彎」,髮夾彎其中一邊正在通過毛孔,等到一邊完全通過後,另一邊會從相反方向繼續通過毛孔,如此全部鹼基都可以定序。

基因定序方法的革命性進步

現在進行基因定序,可以說是掌握在少數廠商手裡的獨佔事業,費用也很高,不過 Oxford Nanopore Technologies 開發的這款「隨身碟」使用便利、攜帶方便,價格則約900美元。只要不到3萬元台幣就可以做基因定序,不單全球各大小研究機構,連老百姓有錢沒地方花,都可以買一個隨身碟回家自己玩到爽。

Oxford Nanopore Technologies 將參加今(22)日起一連五天在美國波士頓舉行的「2013年美國人類遺傳學協會(American Society of Human Genetics, ASHG)年會」。雖然現階段 MinION 一次只能讀取7萬個鹼基對,聽起來好像不夠多,但比起傳統的做法還是快得多了,而且既然是商業化的產品,未來一定會推出二代、三代,繼續從研究機構的口袋中掏錢,雖然感覺上有些無良,但對科學研究的貢獻仍然是不可磨滅的。

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The MinION™ device: a miniaturised sensing system 

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