全新一代测序技术：没有光的测序

　　至今，新一代测序技术已经遍布全球上百个基因组测序中心
                   ——明斯特大学Dag Harmsen

生物通报道：在去年召开的美国微生物学会上，来自明斯特大学的医学微生物学家Dag Harmsen开始听到了有关德国大肠杆菌疫情爆发的传言，这场疫情首先在德国北部地区爆发，感染了至少4000人，夺去了超过50人的生命（德国范围内），在德国以外的欧洲地区也发现了76名患者。

Harmsen教授在这场疫情中发挥了重要的作用——他们通过将引发此次疫情的O104：H4型肠出血性大肠杆菌与2001年采集自一名溶血性尿毒症（HUS）体内的O104：H4型肠出血性大肠杆菌进行基因对比后，发现，两种菌株并非同源，引起此次德国EHEC暴发的O104:H4菌株来自一种肠聚集性大肠杆菌EAEC O104:H4 55989菌株的变异，其中还掺杂了一种目前未知的由志贺毒素产生的O104：H4菌株。

在这一场“战役”中，Harmsen教授主要采用的就是新一代测序技术，他说，“至今，新一代测序技术已经遍布全球上百个基因组测序中心”。并且随着更多更新技术的发展，未来新一代测序技术将发展出下下一代创新技术，为基础科学与临床治疗提供越来越完善的帮助。近期The Scientist杂志就以“Sons of Next Gen”为题，介绍了目前值得关注的各种新技术。

无需光的测序

Ion Torrent PGM速度和合适价格标签的关键在于，这种测序仪无需传统二代测序技术苛刻复杂的光学要求。之前的一些测序仪，比如Illumina的HiSeq，需要荧光标记核苷酸进行DNA片段测序，这些系统利用DNA聚合酶构建新链，通过激光发生器激发荧光标记核苷酸，采用精密光学原理，检测信号识别碱基。

相比之下，Ion PGM优势在于利用了DNA合成过程中，DNA聚合酶添加核苷酸时释放的氢离子，因此能进行多达百万，或者更多微孔的DNA扩增片段检测，然后用四种核苷酸按先后顺序覆盖测序板——先是As，然后是Gs，Ts，最后是Cs。

如果DNA模板序列上互补核苷酸组装了上去，就说明序列正确，就会释放出一个氢离子，通过一个pH感应器就能检测到，研究人员利用一个半导体感应器就能捕获这种电压变化，解析序列。每个核苷酸阅读过程几秒钟就能完成，并且不会受到光学系统的干扰，因此这种测序仪更加便宜，也更有效，Life Technologies市场营销和业务发展副总裁Maneesh Jain说。

为了能让成本降低，Life Technologies也在一些生产消费性电子产品的加工厂制造芯片，“这就像是电子产品中的Xbox”，Jain说。

据称，Ion PGM测序仪由于其简捷、扩展和快速的特性，应用范围非常广泛，是多个应用的理想解决方案。目前可进行微生物和病毒Deovo测序、微生物和病毒重测序、扩增子测序、靶向测序、micro RNA和small RNA测序、甲基化测序、CNV检测和定量、全基因组测序或者全外显子组测序验证、条形码文库、末端配对测序、线粒体测序、文库质控、ChIP-Seq、RNA-Seq、mate-paired 测序。

今年一月，Ion Torrent系列产品又推出了一个更强大的产品：Ion Proton，这款Ion PGM的升级版的测序仪能在一天内完成人类基因组的测序，成本约为1000美元。

不过Ion Torrent也存在局限性，这种仪器在处理重复序列长片段时，可能会出错，来自Warp Drive Bio的Keith Robison说，他分析了几种测序仪的数据，他认为由于Ion Torrent很难识别出癌症基因组中的插入片段，或者删除片段，这个仪器最好应用于速度和成本为关键因素的实验。

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（生物通：张迪）

原文摘选：

Let there be no light
The key to the Ion Torrent PGM’s speed and modest price tag is that it avoids the finicky and complex optics of traditional next-gen techniques. Older sequencers, such as the Illumina HiSeq, involve fluorescent labeling of nucleotides to sequence DNA fragments. These systems use DNA polymerase to construct new strands from the fragments, while a laser excites fluorescently labeled nucleotides and sophisticated optics detect the resulting signal, identifying which base has been added to the sequence.