全新一代測序技術：沒有光的測序

　　至今，新一代測序技術已經遍布全球上百個基因組測序中心

　　――明斯特大學Dag Harmsen

　　在去年召開的美國微生物學會上，來自明斯特大學的醫學微生物學家Dag Harmsen開始聽到了有關德國大腸桿菌疫情爆發的傳言，這場疫情首先在德國北部地區爆發，感染了至少4000人，奪去了超過50人的生命(德國范圍內)，在德國以外的歐洲地區也發現了76名患者。

　　Harmsen教授在這場疫情中發揮了重要的作用――他們通過將引發此次疫情的O104：H4型腸出血性大腸桿菌與2001年采集自一名溶血性尿毒癥(HUS)體內的O104：H4型腸出血性大腸桿菌進行基因對比后，發現，兩種菌株并非同源，引起此次德國EHEC暴發的O104:H4菌株來自一種腸聚集性大腸桿菌EAEC O104:H4 55989菌株的變異，其中還摻雜了一種目前未知的由志賀毒素產生的O104：H4菌株。

　　在這一場“戰役”中，Harmsen教授主要采用的就是新一代測序技術，他說，“至今，新一代測序技術已經遍布全球上百個基因組測序中心”。并且隨著更多更新技術的發展，未來新一代測序技術將發展出下下一代創新技術，為基礎科學與臨床治療提供越來越完善的幫助。近期The Scientist雜志就以“Sons of Next Gen”為題，介紹了目前值得關注的各種新技術。

　　無需光的測序

　　Ion Torrent PGM速度和合適價格標簽的關鍵在于，這種測序儀無需傳統二代測序技術苛刻復雜的光學要求。之前的一些測序儀，比如Illumina的HiSeq，需要熒光標記核苷酸進行DNA片段測序，這些系統利用DNA聚合酶構建新鏈，通過激光發生器激發熒光標記核苷酸，采用精密光學原理，檢測信號識別堿基。

　　相比之下，Ion PGM優勢在于利用了DNA合成過程中，DNA聚合酶添加核苷酸時釋放的氫離子，因此能進行多達百萬，或者更多微孔的DNA擴增片段檢測，然后用四種核苷酸按先后順序覆蓋測序板――先是As，然后是Gs，Ts，最后是Cs。

　　如果DNA模板序列上互補核苷酸組裝了上去，就說明序列正確，就會釋放出一個氫離子，通過一個pH感應器就能檢測到，研究人員利用一個半導體感應器就能捕獲這種電壓變化，解析序列。每個核苷酸閱讀過程幾秒鐘就能完成，并且不會受到光學系統的干擾，因此這種測序儀更加便宜，也更有效，Life Technologies市場營銷和業務發展副總裁Maneesh Jain說。

　　為了能讓成本降低，Life Technologies也在一些生產消費性電子產品的加工廠制造芯片，“這就像是電子產品中的Xbox”，Jain說。

　　據稱，Ion PGM測序儀由于其簡捷、擴展和快速的特性，應用范圍非常廣泛，是多個應用的理想解決方案。目前可進行微生物和病毒Deovo測序、微生物和病毒重測序、擴增子測序、靶向測序、micro RNA和small RNA測序、甲基化測序、CNV檢測和定量、全基因組測序或者全外顯子組測序驗證、條形碼文庫、末端配對測序、線粒體測序、文庫質控、ChIP-Seq、 RNA-Seq、mate-paired 測序。

　　今年一月，Ion Torrent系列產品又推出了一個更強大的產品：Ion Proton，這款Ion PGM的升級版的測序儀能在一天內完成人類基因組的測序，成本約為1000美元。

　　不過Ion Torrent也存在局限性，這種儀器在處理重復序列長片段時，可能會出錯，來自Warp Drive Bio的Keith Robison說，他分析了幾種測序儀的數據，他認為由此Ion Torrent很難識別出癌癥基因組中的插入片段，或者刪除片段，這個儀器最好應用于速度和成本為關鍵因素的實驗。