单分子测序（SMS）是在第一代Sanger测序、第二代NGS高通量测序时代的基础上发展起来的第三代基因测序时代。因测序时DNA分子无需PCR扩增fss 露出，SMS兑现了对每一条DNA分子的单独测序而得名

HelicoBioscices公司基于合成测序表面，于2008年推出了天下上第一款单分子测序平台HeliScope，但其测序的平均读长相对较短，是以系统全体测序诞妄率较高。之后出现了单分子的长读长测序时代，当今还是兑现生意化的长读长测序时代主要有PacificBiosciences公司的单分子及时测序时代（SMRT）和OxfordNanopore公司的纳米孔测序时代

SMS和SMRT时代主淌若将4种不同的碱基转动为荧光信号，然后通过转动放大后的信号对碱基进行分散。而纳米孔测序时代则是将4种碱基颐养为电信号，然后对电信号进行汇集、整理、转动与数据输出，与单分子荧光测序时代在信号处理上存在较大相反，故而纳米孔测序时代也被称为第四代基因测序时代

□郝玮琳

纳米孔测序的旨趣

纳米孔单分子测序时代是基于电信号测序的时代，相干于其他测序时代，纳米孔测序时代的样本处理极其简单，无需DNA团员酶或者一语气酶，也无需dNTPs（脱氧核苷三磷酸），其测序过程中包含了以下4种重要物资。

纳米孔卵白：不错镶嵌到细胞膜中动作离子或分子通说念的跨膜卵白，具有自然的卵白纳米孔。

多聚物薄膜：跨膜卵白被镶嵌到高电阻率的由东说念主工合成的多聚物膜中，膜两侧是离子溶液，在两侧加不同的电位，离子就会在孔中流动，造成电流。

马达卵白：在纳米孔测引言库构建时，需要在沟通上一语气一种马达卵白，用于将DNA或RNA分子推入纳米孔中。

一语气臂：用于锚定DNA或RNA链，辞谢其在溶液中荡漾，并使其参加纳米孔中。

将东说念主工合成的多聚物膜浸没在离子溶液中，膜上布满了由解旋酶和卵白孔两部分构成的跨膜通说念卵白纳米孔，在膜两侧施加不同电压造成电压差，由于多聚物膜不行导电，电流只可通过纳米孔进行传导。一语气臂教诲待测链参加纳米孔，待测链在马达卵白的牵引下经解螺旋后以单链样式穿过纳米孔。不同碱基在通过纳米孔的恒定的电场时会引起电流不同幅度的变化，使用打算机软件及东说念主工智能算法不错识别并揣摸出碱基类型，从而完成DNA或RNA测序。

纳米孔的类型

纳米孔有生物纳米孔、固态纳米孔两大类型。

生物纳米孔

纳米孔测序的意见在上世纪80年代被初次提倡，况且跟着纳米孔卵白及马达卵白的时代发展而得以兑现。第一个被发现不错通过DNA或RNA影响离子电流并能使之被检测到的纳米孔卵白，是1996年Kasianowicz等东说念主提倡的α-溶血素卵白。但是，欧美整片由于DNA通过纳米孔的速率过快，而无法获取有用的电流信号。2010年，筹谋东说念主员发现耻垢分枝杆菌卵白A（Msp-A）纳米孔不错减缓DNA穿过纳米孔的速率，擢升DNA单碱基的检测灵巧度。随后，2014年筹谋者发现使用phi29DNA团员酶动作马达卵白，不错轮番DNA穿过纳米孔的速率。

生物纳米孔是由某种卵白质分子镶嵌在磷脂膜上造成的自然纳米孔，不错进行天竟然生死亡学修饰。关联词，生物纳米孔在膜踏实性、电流噪声等方面的问题在一定进度上死心了其发展。OxfordNanopore公司在卵白纳米孔的应用方面取得了一定发达，该公司的GridION和MinION系统即是基于生物卵白纳米孔的测序平台。

固态纳米孔

固态纳米孔主淌若在氧化硅、石墨烯等固态材质上通过离子束刻蚀等时代制备出的纳米孔，因具有尺寸可调、可靠性高、易修改等优点，固态纳米孔被庸碌应用于DNA测序、卵白质检测和能量颐养等筹谋限制，其中比较常见用于DNA检测的固态纳米孔是氮化硅纳米孔和石墨烯纳米孔。

比拟于生物纳米孔，固态纳米孔在踏实性、电流噪声、工艺集成方面有着显豁的上风，但是受限于半导体工艺制造水平，固态纳米孔的制造比较复杂且资本较高。

纳米孔测序的特质

比拟于其他测序要领，纳米孔测序动作一种新式测序时代，在资本、测序速率、测序读长和准确率等诸多方面有着不同的特质，上风极端权贵。

较长的测序读长

纳米孔测序时代应用碱基穿过纳米孔时电信号的篡改兑现测序，表面上可检测通过纳米孔的一说念核酸序列，读长长度仅受限于所测单链DNA的长度。测序长度越长不错提供的基因组拼装就越齐备、越一语气，在具有大型结构变异和高水平重叠区域的基因组中的上风就越权贵。

可快速及时测序

比拟于其他传统测序要领，纳米孔测序真实意旨上作念到了动态及时测序，可边测序边输出效用，用户不错在测序早期了解样本的质地和状况，也不错在获取富裕的数据后住手测序。同期，纳米孔测序时代测序所需的时长也远低于其他测序要领，不错量入为用操作时候，裁汰测序资本。

成就简单便携

当今较为常用的MinION测序仪，分量梗概100克，长度约为10厘米，可使用高速USB插入电脑，被称为“U盘测序仪”。因具有便携性，不错在施行室、田园甚而天外等复杂环境下完成及时测序，不错保证处理突发情况的时效性。

可径直对RNA进行测序

纳米孔测序不错径直对各样原始DNA和RNA进行测序，不仅不错量入为用时候和资本、齐备地保留碱基修饰的信息，还能幸免将RNA逆转录为DNA扩增所产生的偏向性及可能引入的突变。其文库制备的责任经由也较为简单。

自然纳米孔测序时代与前几代测序时代比拟，在资本、测序速率等方面上风权贵，但是当今还处在起步阶段，从测序旨趣到制造工艺齐存在许多问题。

当先，检测准确度相对较低，是纳米孔单分子测序发展过程中一直勉力于于科罚的问题。筹谋东说念主员除了优化纳米孔和马达卵白外，还在尝试通过诱骗算法来科罚这一问题。其次，检测通量和文库产量也死心了该时代的应用。当今仍然蒙胧针对一丝样品的高产量文库制备和测序活动经由。此外，该时代也并非老是粗略从临床样本中获取富裕大且齐备的高分子量DNA和全长RNA。纳米孔测序时代仍需在读取长度和产量之间进行量度。

纳米孔测序时代的应用

纳米孔测序时代测序长度长、速率快的特质，让该时代在某些场景中具有很大的应用上风；但通量偏低、价钱高、准确度偏低也严重死心了它的发展。由此看来，对读长条目高，但是对序列数和准确度条目较为宽松的应用场景才是纳米孔测序的最合乎用场景。

大基因组拼接

在以往基于短片断的基因组拼接中，一些动植物基因组自己具有多倍体、高度重叠、高度杂合的秉性，导致基因组拼接格外繁忙。而纳米孔测序时代读长较长的特质，有益于大基因组的拼接，不错极大擢升基因组的齐备性。

全长转录组获取

以往的转录组分析由于无法径直对RNA进行测序，经常需要先对mRNA进行打断，再回转录为cDNA，无法获取和分析全长转录本。纳米孔测序时代的长读长特质不错简单准确地识别各基因的多个同源异构体，况且不错径直测序RNA，径直识别RNA的碱基修饰。

大片断结构变异检测

基因组上会产生许多与东说念主类疾病有关的大片断结构变异（如缺失、倒位和易位等），短测序读长无法准确检测这些变异，而纳米孔测序时代不错进行大片断结构变异的检测，在疾病筹谋等方面具有考究的发展出息。

病原微生物快速粗犷

纳米孔测序具有及时、快速的特质，不错在汇集点径直进行测序，及时得到序列信息进行物种分类粗犷，完成病原微生物的快速粗犷。当今，纳米孔测序时代在传染病、临床感染病原快速检测中已有较为庸碌的应用筹谋。

（作家单元：国度药监局医疗器械时代审评中心）fss 露出