一种新的纳米孔技术直接测序长链DNA已经导致了有史以来最完整的人类基因组与单一技术组装。

这项研究于1月29日发表在《自然生物技术》上，涉及加州大学圣克鲁斯分校、美国国家人类基因组研究所(NHGRI)、英国伯明翰大学诺丁汉大学和英国东安格利亚大学和多伦多安大略癌症研究所的科学家。

科学家们使用一种基于UC圣克鲁斯首创的纳米孔测序技术的袖珍型便携式DNA测序仪，对一个完整的人类基因组进行了测序，其片段比通常大数百倍，从而提供了新的生物学见解。 这包括检测基因组中的结构变异和表观遗传修饰，以及缩小人类参考基因组中的12个空白，从而提高其准确性。

联合第一作者Miten Jain说：“长时间阅读的能力是这项技术的优势之一，因此这是有史以来最连续的人类基因组组装。 贾恩是七位主要作者之一，他们对这篇论文做出了同样的贡献，其中三位是在加州大学圣克鲁斯基因组学研究所。

超长序列

研究人员产生了一种新的DNA“超长”序列测序方法，比2001年用于生成人类基因组参考序列的原始读取长了一千多倍。 最近，作者使用这种方法生成了长度为1，204,840个碱基的最长读取，比典型的测序读数长8,000倍。

与以前的技术相比，这大大降低了拼凑基因组的复杂性。 作者推测，这些读取和更长的读取可以在未来常规产生，使纳米孔测序的人类基因组与参考基因组一样完整，这涉及20多年的工作和超过20亿$的资金。

“大约8%的人类基因组还没有被组装，主要是在具有大量重复DNA序列的长而复杂的区域。 对于重复序列，如果你只有简短的阅读，很难把它们拼凑在一起，而且你无法分辨有多少。”贾恩解释道。 “但是，如果你能用一些长读来覆盖这一区域，这是一个更容易解决的难题。”

除了对以前未表征的基因组区域进行测序外，新的分析还提供了对负责免疫和肿瘤生长等功能的基因组区域的更大洞察。 这反过来又可能对临床实践产生深远的影响，例如，可以检测在癌症发展中重要的大基因组重排或确定一个人遗传的抗体基因库。

个人基因组

使用只需花费1000$的便携式设备进行测序的能力也可能将个性化基因组测序纳入主流。

“这是基因组学的里程碑。 诺丁汉大学(University of Nottingham)的相应作者马特·洛松(Matt Loose)表示：“纳米孔测序所可能完成的长读将为我们提供比以往任何时候更清晰的基因组整体结构和组织的图景。

伯明翰大学(University of Birmingham)的尼克·洛曼(Nick Loman)补充说：“如果你想象将基因组组装在一起的过程就像拼凑一个拼图，那么产生超长测序读数的能力就像找到一个很大的拼图，这就使这个过程不那么复杂。

这项研究揭示了关于主要组织相容性复合物的新信息，这是基因组中一个在免疫系统中起关键作用的区域，用于移植前的组织分型。 这一领域特别难以分析，因为它包含许多重复区域，包括基因家族和重复序列。 没有两个个体，除了同卵双胞胎，在他们的基因组的这个区域有相同的序列。

研究人员还利用项目中产生的超长序列首次直接从测序数据中确定单个端粒的长度。 端粒是每条DNA链末端的帽，它保护染色体，在细胞的衰老过程中起着重要的作用。 细胞越老，端粒越短，端粒DNA模式的中断是许多肿瘤中发现的一个重要问题。 这些区域也是高度重复的，往往看起来是相同的，使他们很难学习。

国际研究工作使用了牛津纳米孔技术MinION排序器。 测序仪，大约相当于一部手机的大小，通过检测电流的变化来对DNA进行测序，因为单个DNA分子通过膜中的一个小孔（一个“纳米孔”）。

洛曼说：“我们希望口袋大小的测序仪能让我们更接近病人的测序。 “目前，测序相当费力，并且发生在设备昂贵的实验室中，但在未来，我们可以想象在GP手术、诊所甚至在人们自己的家里使用口袋大小的设备进行测序。 即使是非常大的复杂基因组的测序和组装能力，也可能有一天在诊断和监测癌症和广泛感染等疾病的演变方面具有价值。

除了Jain，这篇论文的合著者还包括KarenMiga、ArthurRand、Ian Fiddes、HughOlsen和Benedict Paten。 洛曼和洛斯领导了国际财团。 这项工作得到了美国国立卫生研究院、英国生物技术和生物科学研究理事会以及加拿大卫生研究所的部分支持。