電腦插個(gè)“U盤”就能給基因測(cè)序，實(shí)時(shí)查看結(jié)果，售價(jià)1000美元

博雯 2021-12-27 17:31:51 來(lái)源：量子位

博雯 發(fā)自 凹非寺

量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

現(xiàn)在，你也可以像黑客帝國(guó)里的Neo一樣，查看構(gòu)成自己和別人的“源代碼”了。

方法也非常簡(jiǎn)單，將體液滴到這樣一個(gè)大號(hào)的“U盤”上：

然后連線插進(jìn)電腦，再配合軟件使用，就能近乎實(shí)時(shí)地查看你的DNA測(cè)序結(jié)果了：

畢竟現(xiàn)實(shí)中的我們并不生活在矩陣（Matrix）里，也不是由代碼組成。

但作為人體生長(zhǎng)發(fā)育“配方”的DNA序列，某種程度上就相當(dāng)于一個(gè)人的“源代碼”了。

而理論上，上述的這一方法甚至能在6小時(shí)內(nèi)對(duì)超過(guò)1.6億個(gè)堿基進(jìn)行測(cè)序，速度非常快。

這是怎么做到的？

從把DNA“拉絲”并推進(jìn)一個(gè)納米尺寸大小的孔洞里開始：

將DNA“拉絲”進(jìn)洞

這是一種叫做納米孔測(cè)序?（Nanopore sequencing）的技術(shù)。

在這種方法里，未知序列的樣品會(huì)被輸送穿過(guò)一個(gè)直徑1納米的小孔。

以人類體液為樣本，需要先利用酶“拉開”DNA分子的“拉鏈”，讓一根單鏈進(jìn)入納米孔：

納米孔所在的生物系統(tǒng)會(huì)泡在電解質(zhì)溶液中，并被施以空間勻強(qiáng)電場(chǎng)。

DNA在核酸外切酶的作用下被迅速逐一切割成單個(gè)堿基分子，在電場(chǎng)的驅(qū)使下通過(guò)納米孔，此時(shí)，就會(huì)形成可檢測(cè)的離子電流。

不同堿基的化學(xué)性質(zhì)不同，這也就使得整條DNA鏈會(huì)在穿越納米孔引起幅度不同的電流變化。

而這種電流信號(hào)的強(qiáng)弱，就能反映DNA樣本的核酸序列信息。

具體而言，每一個(gè)DNA片段都就會(huì)返回一個(gè)基于核苷酸變化的電壓讀數(shù)。

當(dāng)然，這種反映并不直觀，還需要通過(guò)一種類似NLP的算法邏輯，將含有噪聲的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為堿基識(shí)別的序列數(shù)據(jù)。

這種方法比起傳統(tǒng)的基因測(cè)序方法，比如NGS來(lái)說(shuō)，速度要更快，而且對(duì)變異結(jié)構(gòu)的檢測(cè)也更準(zhǔn)確。

給電腦插個(gè)“U盤”就能看

而從牛津大學(xué)衍生而出的Oxford Nanopore公司，就將上述核心技術(shù)打包，塞進(jìn)了這樣一個(gè)尺寸10厘米的“U盤”之中：

這一產(chǎn)品叫做MinION，使用時(shí)需要將自己的體液滴到指定位置。

然后再用一根線將其與電腦連接，再安裝產(chǎn)品相應(yīng)的軟件，此外載無(wú)需任何設(shè)置。

然后，就能在電腦屏幕上看到數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)分析和運(yùn)行反饋、本地基本通信和數(shù)據(jù)流：

根據(jù)官方的數(shù)據(jù)，理論上最大輸出速度可達(dá)到420個(gè)堿基/秒，而從一個(gè)單元格中的樣本最多可得到50GB的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確率達(dá)到88%以上。

除了對(duì)專業(yè)的研究人員售賣以外，官方的簡(jiǎn)介中也表明，“沒有大量實(shí)驗(yàn)室經(jīng)驗(yàn)的人群也可使用”。

完整的產(chǎn)品包售價(jià)1000美元，折合人民幣約6370元。

對(duì)于這一產(chǎn)品，有人覺得非常有趣，對(duì)于學(xué)校或者一些個(gè)人開發(fā)者來(lái)說(shuō)無(wú)疑降低了技術(shù)門檻。

也有網(wǎng)友吐槽這只是“聽起來(lái)很酷”，畢竟除非測(cè)序的對(duì)象是一個(gè)雞蛋，否則得到的任何序列都只是你全體DNA的一個(gè)小子集而已。

最近，還有一位來(lái)自霍普金斯大學(xué)的教授基于這一產(chǎn)品做了進(jìn)一步的開發(fā)，提出了一個(gè)叫做UNCALLED的程序。

在面對(duì)大型序列時(shí)，這一軟件將序列內(nèi)容與已知的基因序列進(jìn)行匹配，快速挑選出所需的目標(biāo)序列。

舉個(gè)例子，研究人員想要確定一個(gè)人是否攜帶了遺傳性癌癥相關(guān)基因的變異（比如 BRCA1），就可以使用這一軟件快速判斷當(dāng)前樣本是否值得研究。

論文：
https://www.nature.com/articles/s41587-020-0731-9

開源下載：
https://github.com/skovaka/UNCALLED

參考鏈接：
[1]https://stackoverflow.blog/2021/12/24/sequencing-your-dna-with-a-usb-dongle-and-open-source-code/
[2]https://news.ycombinator.com/item?id=29695013
[3]https://www.extremetech.com/extreme/190409-minion-usb-stick-gene-sequencer-finally-comes-to-market