文献综述(或调研报告):
纳米孔测序是用一个绝缘膜将两个离子溶液室隔开,膜上插入纳米孔作为生物传感器,并提供唯一的通道,这样膜两侧的离子就会相互接触。外加恒定电压后,可以产生通过纳米孔的离子电流,并可以驱动ssDNA通过孔。再用聚合酶或解旋酶与DNA结合,控制其逐步运动并通过纳米孔。因为纳米孔的最窄区域(sensing area)对离子传导极其敏感,所以可以通过检测纳米孔的电流水平确认DNA链的序列。
在早期,仅仅依靠电压驱动DNA链通过纳米孔导致每个碱基会在1-10mu;s内通过检测区域,这就导致产出数据的信噪比过低,无法区分出信号中的测序信号与非测序信号,更无法区分出测序信号中的碱基个数及种类,那么就需要新的技术手段来控制DNA的异位过程。这一技术在1998年首次出现,即用酶来控制DNA的运动[1],这一技术到2010年才成熟,即使用Phi29DNA聚合酶,可以成数量级的增加DNA留在孔中的时间[2]。但是更大程度的对DNA异位过程的控制是改进纳米孔测序的一个重要方向。
另一个重要方向是感受区域的尺寸,最初,alpha;-溶血素担任纳米孔道的角色,它的长度有5nm,直径在1.4-2.4nm之间变化[3],直径虽然达到要求,但是其长度却大大超过单个碱基的尺寸,这就导致同时有多个碱基处于感受区域内,大大增加了获得与分析信号的难度。经过不断改进,人工开发出一种MspA变体,它直径仅有1.2nm,长度小于0.6nm[2],其感受区域直径与alpha;-溶血素大致相同,长度却缩小了近一个数量级,因此它对单个碱基具有更好的分辨率,也是现在主流的生物纳米孔道。
[1] Church, G., Deamer, D., Branton, D., Baldarelli, R. amp; Kasianowicz, J. Characterization of individual polymer molecules based on monomer-interface interactions. US patent 5,795,782 (1998).
[2]Lieberman, K.R. et al. Processive replication of single DNA molecules in a nanopore catalyzed by phi29 DNA polymerase. J. Am. Chem. Soc. 132, 17961–17972 (2010)
[3]Song, L. et al. Structure of staphylococcal alpha-hemolysin, a heptameric transmembrane pore. Science 274, 1859–1866 (1996).
[4] Faller, M., Niederweis, M. amp; Schulz, G.E. The structure of a mycobacterial outer-membrane channel. Science 303, 1189–1192 (2004).
