華裔學者發明多重測序新方法

有名華人學者、哈佛大學化學與化學生物學系謝曉亮(X Sunney Xie)教授領導的研究小組將末端磷酸標記的熒光核苷酸與可重復密封的微反應器相結合，開發出一種多重邊合成邊測序的新技術。該成果近日發表在《自然—方法學》(Nature Methods)在線版上。

高通量測序近年來的蓬勃發展有望大大影響醫學的未來。然而，測序技術仍有很多方面有待改進，如費用進一步降低，以及樣品制備方面的改善。目前的測序技術主要分為兩類，一類使用原始的核苷酸，如羅氏454和Ion PGM測序儀;另一類則使用熒光標記的核苷酸，如Illumina的HiSeq 2000，SOLiD和HeliScope等。

據作者介紹，這兩類測序技術各有優缺點。焦磷酸測序和半導體測序中所使用的原始核苷酸允許原始DNA的合成，摻入后無需化學去除步驟。因此，測序過程相對較快，且焦磷酸測序能實現較長的讀長。但瞬時發光或電化學信號的檢測需要持續監控，這限制了通量，而且往往不夠熒光檢測靈敏。

基于熒光的測序技術則實現了高通量。這些方法的可擴展性能夠在每次運行中產生>1011個堿基，且熒光的固有靈敏度允許熒光測序方法所使用的DNA模板比焦磷酸方法低3個數量級，從而降低了試劑消耗和成本。然而，每個測序循環中多個化學步驟使流程更為復雜，限制了測序速度和讀長。

基于此，謝曉亮教授領導的研究小組將以上兩種方法的優勢結合起來，開發出了熒光焦磷酸測序。這種新方法使用末端磷酸標記的熒光寡核苷酸(TPLFNs)和焦磷酸測序流程。熒光焦磷酸測序綜合了可擴展性和快速運行時間。此外，微反應器流動室平臺的試劑消耗少，也很容易整合到傳統微流體設備中進行樣品制備。

研究人員在微反應器中固定了帶引物的DNA模板，然后依次引入四個標記TPLFNs中的一個，密封微反應器，在模板指導的引物延伸后記錄熒光圖像。他們證實了在10分鐘的循環時間內，讀長達30個堿基，且原始準確率約為99%。

作者認為，這種熒光焦磷酸測序既提供了焦磷酸測序的好處，如快速周轉，單色檢測等，又具有并行化的檢測靈敏度和簡便性。

謝曉亮教授是目前畢業于大陸高校并在國際學術界獲得高度評價的物理化學家之一。他5月剛當選美國科學院院士。他的研究組對離體實驗及活細胞內生物系統在單分子水平的動力學研究具有重大貢獻，是這個領域快速發展的主要推動力之一，為生物學研究開辟了嶄新的途徑。謝曉亮研究組的工作大幅提高改良了單分子熒光顯微技術，特別是在相干拉曼顯微成像技術(CARS、SRS等)的發展及在生命科學的應用方面作出了開創性的巨大貢獻。