五分钟速读 | 不懂纳米孔测序？别说你了解基因测序！
引言
基因测序是现今医疗领域最火的话题之一，自人类基因组计划(humangenome project, HGP)以来，科研机构一直在致力于技术层面的提升。随着精准医疗概念的提出，对于测序的要求也在不断上升，医疗领域需要测序精度更高，所用样品量更少的技术。而纳米孔测序，恰好符合这一点。那么，这是一项来自未来的黑科技，还是只是一个用于炒作的过渡产品呢？
1. Oxford Nanopore Technologies
Oxford NanoporeTechnologies公司在纳米孔测序领域走的最快。该公司研发了世界上首例且唯一的便携式纳米孔DNA/RNA测序仪MinION。 该测序仪便于携带，成本低廉特点。MinION不仅可用于科研领域，而且广泛适用医疗领域，环境监控，食物链监测等领域，自2015年起开始销售。该企业由于技术的领先优势广受青睐，已经获得超过1亿英镑的融资。
2. 纳米孔测序原理
在电解液中，可以测得纳米孔之间的电流。而DNA分子中，有ATCG四种碱基。这四种碱基由于有不同的结构，因此带点特点不同，通过纳米孔时引起的电流变化不同。我们可以通过测量电流变化来观测到不同分子穿过纳米孔。而通过分析ATCG四种碱基的特点，即可绘制测序结果图。纳米孔的成分可以是生物纳米孔，即使用蛋白质镶嵌在膜上（Oxford Nanopore Technologies技术使用溶血素蛋白），也可以是化学纳米孔，如石墨烯，高分子材料孔。
3. 纳米孔测序优点
由于纳米孔的技术原理，其优点十分显著。首先是对实验要求简单，无需使用任何探针，酶，荧光物质，由于纳米孔使用电信号原理直接读取电流，故不需要荧光标记物。第二个优点是对于极微量DNA，RNA也可进行测定。第三个优点是理论上对于DNA片段读长限制比较小，因为DNA是以一条链的形式穿过纳米孔的，只要能够测定电流，对于读长应当限制不大。
4. 纳米孔测序限制
虽然纳米孔测序前景十分光明，但是也有许多需要解决的问题，最大的问题在于准确性。纳米孔能够精确工作需要DNA单链以一个接近匀速的速度单方向穿过纳米孔，但是这一要求目前很可能不能完全满足。
第一是一个孔内只有一个DNA穿过，这样读数才比较准确，但是目前的纳米孔很难控制好只有一个DNA分子进入。这需要高分子材料技术的进步才能解决，目前可以通过优化控制和数据的方法来尽量分辨哪些是有效信息，哪些是错误进入的分子。
第二是匀速通过，Oxford Nanopore Technologies的蛋白纳米孔上搭载DNA解旋酶可以控制DNA的进入速度。但是在应用场景更广阔，成本更低廉的高分子纳米孔上，是不存在蛋白结构的，如何控制DNA的匀速进入是一个大问题。
最后就是单方向通过，让DNA分子能够单向通过，避免无规则热运动，也是降低错读的一个重要要素。
总结
纳米孔测序采用与传统荧光信号完全不同的电信号，很可能成为未来测序的新方向。但是目前由于对于DNA单分子穿过孔的过程控制不足，导致错读比目前成熟技术高。但是我们可以看到，随着材料技术的进步，可以合成出更合适，更精确的纳米孔，有希望解决上述问题。那么纳米孔测序精度高，无读长限制，便携和成本低的优点将脱颖而出。
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