DNA測序進(jìn)入太空時代

張迪

首次太空DNA測序與地球上的結(jié)果“完美匹配”

美國國家航空航天局（NASA）官網(wǎng)宣布，NASA宇航員凱特·魯賓斯在國際空間站內(nèi)成功完成微重力條件下的DNA測序，這標(biāo)志著人類已迎來“能對太空活體生物進(jìn)行基因測序”的全新時代。

剛完成測序任務(wù)的魯賓斯表示，她與地面同事一起見證了基因和系統(tǒng)生物學(xué)研究來到了太空。“我們現(xiàn)在開啟了一個全新的科學(xué)領(lǐng)域—太空基因組和系統(tǒng)生物學(xué)?！?/p>

這次太空測序是“生物分子測序研究項目”的一部分。測序使用的是英國牛津納米孔公司提供的MinION測序儀，只有手掌大小，既方便又快捷。測序原理是通過納米孔施加電流，同時讓含有檢測樣本的液體流經(jīng)檢測儀，不同的DNA分子會引起不一樣的電流變化，通過電流變化就能識別出這種基因序列的生物。

納米孔測序儀將掀起新一輪測序革命

早在2012年的時候，一家名為Oxford Nanopore的英國公司就發(fā)布了一款口袋大小的DNA測序器。當(dāng)時人們都難以置信，因為通常這種產(chǎn)品都會有冰箱那么大。在解決了一些BUG和技術(shù)問題后，這家公司把它命名為MinION，并進(jìn)行了一系列的測試。

MinION的尺寸小到只有一支筆的長度，重大約100克。MinION完全顛覆了測序儀的形象。它可以直接通過USB口連接到筆記本上，原始的電流信號通過網(wǎng)絡(luò)傳到英國的服務(wù)器上，進(jìn)行Basecalling。

納米孔測序沒有測序長度的說法，因為它完全顛覆了測序讀長的定義。事實上，它總是能夠完整地把一條DNA鏈從頭測到尾，因此它的測序讀長就是DNA的長度。極端的情況是，一整條染色體都可以從頭到尾測完，但是一般樣本制備時DNA會斷開。根據(jù)UCSC報道的用戶使用的結(jié)果表面，一般讀出的reads平均為1kb-5kb，這個讀長完全是因為樣本打斷到了這個尺寸。最長的reads可長達(dá)120kb。一個MinION有500個納米孔在并行測序，每個孔每秒測30bp，因此，要測到1G的數(shù)據(jù)，需要3天時間。

納米孔技術(shù)產(chǎn)品的出現(xiàn)意味著第四代測序技術(shù)的誕生。但納米孔測序要想真正給基因組學(xué)研究和臨床應(yīng)用帶來重要的變化，還有非常長的路要走。也許10年之后，我們能看到一個成熟的、快速的、準(zhǔn)確的第四代測序。

人類開啟太空活體生物基因測序全新時代

項目組將事先準(zhǔn)備好的老鼠、病毒和細(xì)菌的DNA樣本帶到空間站，由魯賓斯在太空進(jìn)行檢測，而地面團隊成員同步對類似樣本進(jìn)行測序。比較后發(fā)現(xiàn)，太空和地球上的兩種測序結(jié)果能完美匹配。

項目主管、NASA微生物學(xué)家薩拉·卡斯特羅·華萊士說：“下一步我們將把整個測序過程搬到太空，不再帶樣本到太空，而是直接在太空準(zhǔn)備樣本，然后進(jìn)行基因測序。宇航員將不僅能對已知的生物測序，還能在太空完成取樣、準(zhǔn)備樣本和測序整個過程，最終識別出未知的外星生命?！?/p>

有了在太空中測序DNA的方法，就能識別出國際空間站內(nèi)的微生物是否威脅宇航員的健康，幫助地面科學(xué)家隨時了解宇航員們的生活環(huán)境，及時告知他們是否要做清潔或服用抗生素。太空DNA測序儀對未來造訪火星等需要長時間待在空間站的宇航員來說，是保護他們健康的重要工具。

另外，測序儀還會成為空間站其他科研的重要工具，比如直接檢測繞軌飛行中遺傳物質(zhì)或基因表達(dá)的變異，而不用再像以前一樣等幾個月返回地球后才知道結(jié)果。

MinION測序儀有望在極端環(huán)境中檢查人類疾病

MinION測序儀登上太空，科學(xué)家們不是為了證明基因測序的飛速發(fā)展，而是想利用其來幫助人類在極端環(huán)境中診斷疾病。

對于該試驗，宇航員Rubins有自己的一些期望，她說：“目前，我們不能實時分析太空中發(fā)生在人類以及細(xì)胞中的事情。我們的空間站擁有一個具有15年歷史的干凈水源，但是這些水源是否存在微生物還無人知曉，也許DNA測序儀可以幫助我們解答這個問題?！?/p>

目前，MinION測序儀在太空中與其他的診斷儀器相連，例如PCR儀。如果MinION能把太空中的微生物都“鑒定”出來，那么它將有望幫助空間站中的宇航員診斷疾病，以了解致病微生物是否對抗生素敏感，這樣一來可以節(jié)省太空中寶貴的藥物。

在太空中完成DNA測序，同樣為偏遠(yuǎn)地區(qū)或地球上貧困地區(qū)的DNA測序鋪平道路。Rubins說：“這類裝置可在疫情爆發(fā)時，或在沒有足夠的設(shè)備資源的診所中進(jìn)行一定類型的疾病診斷?！?/p>

（本文轉(zhuǎn)自中國科技網(wǎng)）