任何人在任何地方都可以定序的技術–Nanopore定序技術淺談

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Oxford Nanopore Technologies (ONT) 總部設立於英國，是一家提供奈米孔偵測電流變化的定序儀製造商，該技術節省了光學訊號偵測時間，提供了比NGS更快速的定序工具。

ONT於2014年所發表的第一台定序儀–MinION，是在人工合成的高電阻薄膜上鑲嵌數百個奈米孔，奈米孔結構類似生物細胞膜上的跨膜蛋白，當薄膜兩端施加電位差時，會驅動核酸分子與帶電荷離子通過奈米孔，經過設計的奈米孔只容許核苷酸逐一通過，並造成離子流阻力產生電流變化 (圖一)，藉由即時偵測每個奈米孔的電流變化和分析圖譜，即完成核酸的快速定序 (圖二)。輕巧簡便的MinION由於操作容易，使得定序不被侷限在實驗室中，甚至是南極大陸、國際太空站等極限環境，都能順利進行nanopore定序。

圖二、不同核苷酸通過奈米孔造成獨特的電流變化，藉由分析奈米孔的電流變化，即可判讀通過奈米孔的核苷酸序列。
 

近年來奈米孔定序技術越來越成熟，2018年上市的PromethION提供了更彈性、更高通量，以及更經濟定序選擇，單一cell提供3000個奈米孔和高達180Gb的數據量，可進行1~48 cells不等的實驗規劃。在奈米孔材質以及數據分析演算法的革新下，單一核酸分子的平均定序準確率達到95%。

ONT提供的奈米孔定序技術，根據文庫製備的試劑組選擇，分別可進行長讀序(10~100kb) 和超長讀序 (>100kb) 的定序，長讀序技術可應用於de novo基因體組裝研究，以及病原性基因體結構變異 (inversion、translocation) 的偵測，和提供科學家基因體中長片段重複序列的資訊 (telomere、centromere)，克服了短讀序NGS技術難以解決的問題，將來在臨床檢測的應用令人期待。此外，目前超長讀序的最高紀錄長達4 Mb，是目前全球最長讀序的定序技術。