GEN：納米孔測序——傳染病診斷的新“前鋒”

發布時間：2015-07-13 13:33 原文鏈接： GEN：納米孔測序——傳染病診斷的新“前鋒”

　　假設你是Doctors Without Borders組織中在西非工作的一名醫生，一個發熱、頭疼、疲勞的小孩被帶進你的診所。根據當地的環境和季節，最可能被診斷出的就是瘧疾或埃博拉。然而，這兩種疾病都不能給病人一個積極的預后。埃博拉病毒能夠快速傳播給其他人，需要將患者盡快隔離。

　　這種情況下，確診時間和準確性都非常重要。因為埃博拉感染的恐慌比疾病本身傳播的還要快。如果你的預后錯誤，那么任何埃博拉療法都將是完全無效的。這些焦灼的場景很多醫生每天都需要面對，不僅僅在不發達的地區。

　　傳染病很容易通過醫院、學校、交通等途徑傳播。雖然我們目前的檢測系統能夠相對有效的隔離和識別這些惡性的微生物，但在診斷儀器領域永遠歡迎更快、更強的伙伴加入。這些新成員不僅擁有及時鑒別傳染病爆發病因的能力，還可以鑒別出病源的物種、耐藥性以及相關的基因異常。這些信息對臨床醫生以及公共衛生工作者都十分寶貴。

　　像PCR、ELISA分析這樣的技術能夠為傳染病的爆發提供準確的臨床評估，但很多需要幾天的時間。雖然下一代測序（NGS）平臺的出現填補了以上技術在診斷測試領域的空白，但NGS平臺在提供大量與傳染病相關數據的同時，不僅需要面對大多數檢測都有時間問題，還要解決購買和操作儀器高昂的費用的難題。

　　那么，問題來了。有沒有一種技術，既能提供與傳染病源相關的大量數據，又能及時操作。答案是肯定的，這種創新技術叫做納米孔測序。

　　納米孔測序曲折發展之路

　　納米孔測序是一種相對簡單但先進的技術，能夠閱讀天然DNA很長的片段。近年來，該技術逐漸走進大眾的視線，很大程度上要歸功于英國公司Oxford Nanopore Technologies的測序儀MinION。

　　MinION只有4英寸長，普通U盤大小，由一個傳感器芯片，專用集成電路和一個完整的單分子感應測試所需的流控系統構成；平均讀長為80K bp，并且具備很高的測序速度。但由于MinION通量低，該設備較適用于測序細菌和病毒的基因組，或簡單的真核生物。

　　事實上，盡管在過去的幾年中科學家和一些公司對納米孔測序技術的興趣迅速上升，但其實這并不是一個新的概念。早在1995年，哈佛和MIT的著名遺傳學家George Church就提交了納米孔設備的最初ZL。

　　早期階段，納米孔技術并沒有被廣泛接受，許多科學家甚至認為它不可能發展成一個能夠實現夢想者們所期望功能的儀器。經歷了許多失敗的嘗試后，包括加州大學的生物化學教授David Deamer在內的一些科學家能夠測定核苷酸穿過納米孔通道的電壓變化。

　　在納米孔測序技術發展的路上，一直有很多懷疑者，他們認為該技術的生物物理概念是錯的。當然，樂觀者們認為這些問題只是很難解決，但并不是不能解決。在這些夢想家的共同努力，納米孔測序已經從學術實驗室中拼湊起來的設備轉變成了為更多人使用的有價值的技術平臺。

　　傳染病前線的新力量

　　現在，回到文章的開頭，我們可以看到納米孔測序在西非快速運作的場景。它不僅能夠迅速區分患者是否感染了埃博拉病毒，還能夠快速鑒定出病毒的來源。這正是今年4月，European Mobile Laboratory Project（EMLP）和 NIH將納米孔測序帶到埃博拉疫情前線發生的故事。

　　使用MinION測序儀，EMLP團隊在48小時內測定了14名患者感染的埃博拉病毒的基因組。這些研究結果幫助臨床醫生診斷埃博拉病人、快速確定感染源。AllSeq的CSO Shawn Baker博士說：“納米孔測序儀有三大特性：速度、讀長和可移動性；這些特質都非常適合傳染病市場。”

　　從目前的應用情況來看，納米孔測序已經能夠在傳染病一線為醫院人員提供有價值的數據。那么，納米孔測序是不是可以取代目前的NGS系統呢？答案是否定的。雖然現在納米孔測序已經取得了一些積極的成果，但在應用范圍和準確率上還需要很大地改善。今年3月，Oxford Nanopore Technologies公司宣布，它重新開放了MinION測序儀的早期試用計劃，希望吸納更多用戶來參與。