作者:林志鵬/ 有勁生物科技

 

在第三代定序的產品裡,最令人感興趣的莫過於Oxford Nanopore MinION系統 (小小兵?!)。在2012年的時候,Oxford Nanopore開始推出一系列的定序儀器,其中包含了掌上型的MinION系統,如下圖。

 

170531_1.png

 

此項產品在當初令人非常印象深刻,然而當時可能受限於量產技術、價格等等因素,一直無法在世界大量販售。然而在2014年,他們針對MinION提出MAP計畫 (MinION Access Programme)。使用者加入MAP計畫後,只要並支付1000美元,就能夠得到一個MinION 定序儀器以及相關的定序試劑。透過MAP計畫,越來越多人開始體驗到MinION這項精巧的產品。

 

一篇來自於2016發表在Nature的論文綜述了在近十年內各種不同的定序技術,其中當然也提到了Oxford Nanopore。目前其他定序平台都是透過偵測第二介質  (如光線、顏色或pH值的變動)來「間接」探測DNA的序列,MinION的原理跟其他技術平台不一樣的地方在於其為直接偵測連續的電流信號變化。在一般狀態下,電流會不停的通過一種由蛋白質組成,且只能容納單分子通過的納米孔。然而當DNA分子開始通過這個納米孔的時候,由於孔洞的空間被DNA分子所佔據,因此產生電壓阻塞,使得電流信號將會隨著通過的DNA序列來產生特定的變化,藉由偵測電流的變化便能確認DNA的序列組成。

 

170531_2.png

 

除了MinION之外,他們也推出了新一代的設備---PromethION,其具有超高的輸出量,可在兩天內可以產生2T4T的定序量,預計很有可能成為Illumina強而有力的競爭者。雖然有以上的優勢,但是MinION依然無法避免第三代定序的缺陷---定序錯誤率偏高的問題。尤其容易發生在indel以及homoploymer的部分。下圖來自於2016年的Scientific Reports的論文,

 

 

170531_3.png

 

作者提到MinION的軟體會將來自於5個相鄰的base信號進行base calling,亦即k-mer5。作者將readsk-mer出現次數與referencek-mer出現次數比較,理論上資料分佈應該會落在45度角的斜線上。然而作者卻發現某幾個5-mer的組合會有被低估的現象,分別為AAAAA, CAAAA, AAAAG,而這三個組合剛好就是屬於homopolymer。但是隨著軟硬體不停的進步,目前MinION的錯誤率從2014年的30%一直降低到近期的10%左右。

 

現在Oxford Nanopore目前著手進行新一代的概念性產品開發,如下圖:

 

170531_4.png

 

利用了與MinION一樣的感測電流技術,但是在資料傳輸上卻是設計與智慧型手機連接。再一次的將所謂的「隨身定序、隨時定序」的概念往前更推進一步。筆者其實一直非常關注此家公司的產品,雖然目前NGS的價格越來越親民,可是儀器所需要的空間一直都無法達到隨身攜帶的目的。透過MinION這樣的「隨身定序、隨時定序」的技術產生,小至個人基因檢測,大至人煙稀少的環境微生物病原體即時監測都能逐步實現,縱使目前錯誤率相較於NGS依然偏高,可是相信未來幾年一定可以降低到合理的範圍。想想早期的電腦一開始也是大如衣櫃一般,經過幾十年的演進一直到現在,掌上型大小的電腦 (智慧型手機) 已經非常普及並且大幅顛覆人類的生活。因此唯有突破空間上的限制,讓DNA定序就如同去藥局或超商購買驗孕棒一樣便利時,DNA定序科技才能夠真正的開始走入一般人的生活中。

 

參考文獻:

  1. 1. Goodwin, Sara, John D. McPherson, and W. Richard McCombie. "Coming of age: ten years of next-generation sequencing technologies." Nature Reviews Genetics 17.6 (2016): 333-351.
  2. 2. Deschamps, Stéphane, et al. "Characterization, correction and de novo assembly of an Oxford Nanopore genomic dataset from Agrobacterium tumefaciens." Scientific Reports 6 (2016).

 

官網用CC創用_SA.png

 

文章標籤
創作者介紹

有勁的生技資訊

YourGene 發表在 痞客邦 PIXNET 留言(0) 人氣()