纳米孔测序读取RNA链的优势与不足

早些时候，所有流感基因组（以及其他以RNA形式储存其遗传物质的病毒基因组）的确定方式都是通过将分子复制到DNA中来完成的。近日，科学家们终于在该领域有所突破，成功利用一种新的“纳米孔”（nopore）测序技术首次通过一个微小的分子通道来读取RNA链，获得了天然病毒基因组。那么，新研究出的这种纳米孔测序技术有何种优势与不足呢？一起来看看。

The influenza virus is the first RNA virus to have been sequenced in its original state.Credit: Dr. Gopal Murti/Getty

历史的“RNA测序”

RNA的化学性质与DNA的有相似之处。在细胞生物中，它充当DNA编码基因和蛋白质之间的中介，并在细胞中执行其他任务。但许多病毒（包括脊髓灰质炎病毒、埃博拉病毒以及普通感冒病毒）将其遗传信息存储为RNA，而非DNA。据Barnes介绍，几乎所有的“RNA测序”都使用一种叫做逆转录酶的病毒酶，它通过将RNA复制到“序列友好”（sequencer-friendly）的DNA链中完成测序，而这种传统的“RNA测序”技术自20世纪70年代被发明以来就未改变过，这一技术缺陷是无法对上述病毒的RNA基因组进行直接测序的最大原因。

纳米孔技术的优势

改变了以往的困境，纳米孔提供了一种更简单的方法来测序实际的RNA分子，如病毒基因组。这项技术基于在纳米尺度的分子孔中施加电流，然后根据遗传物质来测量电流的波动。

今年1月，英国牛津纳米技术公司（Oxford Nanopore Technologies）的研究人员使用一种名为MinION的巧克力棒大小（a chocolate-bar-sized）的设备，直接对RNA进行测序。这项研究着眼于信使RNA（一个传递来自DNA的信息以构建蛋白质的RNA分子家族）的转录物。

Barnes的团队将这种方法应用于甲型流感的基因组，该基因组大约有13，500个RNA字母长，由8个片段组成。不过，Barnes指出其团队的方法还没有完全成熟，大量的流感病毒是工作进行的基础，为了消除不可避免的测序错误，必须要对原始数据进行多次处理。基于纳米孔技术的迅速发展，Barnes希望随着技术越来越成熟，能将常规流感和其他RNA病毒的直接测序变成平常手段。

当前情况下的阻碍

Barnes和其他科学家都希望找到鉴定RNA化学修饰的方法。虽然研究人员已经发现了100多种，但他们几乎不知道其中的大部分有什么意义，因此难以对它们进行一个系统的研究。

杜克大学的病毒学家Bryan Cullen说：“对RNA被修饰的碱基进行测序将是‘一件大事’（a big deal）”。他的团队去年曾发现一种叫做m6A的标签似乎能在小鼠感染期间改变流感基因的表达，从而促进病毒复制。“但目前检测这些修饰的方法既费时又昂贵。”他补充道。

尽管方法还不成熟有待完善，但出现的成果让生物学家还是感到很兴奋。出现能以天然形式对整个病毒基因组和其他RNA分子进行测序的可能性，也是研究过程中的重要进展。经历较为漫长的阶段是不可避免的，期待科学家们能有更进一步的发现。