作者：海蒂·莱德福德
“这太酷了，但它永远不会成功，”基因组学大师埃里克·沙特在 2003 年一位谨慎的投资者询问他对一项新的 DNA 测序技术的看法时回应道。一家公司正在制造一种机器，据称可以通过读取酶复制 DNA 分子时的过程来彻底改变该领域。
尽管最初持怀疑态度，沙特上周末在佛罗里达州马可岛举行的基因组生物学和技术进展会议上赞扬了该方法的成功。沙特现在是他曾经怀疑的公司——加利福尼亚州门洛帕克市的太平洋生物科学公司的首席科学官，他是会议上几位展示该公司第一批 DNA 测序仪性能的研究人员之一。
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所有目光都集中在这些机器上。太平洋生物科学公司在 2008 年为其自身的成功设定了很高的标准，当时首席技术官斯蒂芬·特纳吹嘘说，这些仪器能够在 2013 年仅用 15 分钟就完成人类基因组的测序，而当时需要整整一个月的时间。今年，当研究人员公布第一批离开该公司园区的机器的数据时，讨论的重点不再是彻底改变该领域，而是更关注于细分应用。
经过几次延误，客户现在被告知将在今年第二季度收到他们的机器。这些机器可能比目前市场上的“下一代”测序仪更具优势。上周，新机器的用户报告说，他们产生的序列平均长度为 1500 个碱基对，大约是加利福尼亚州圣地亚哥市 Illumina 最先进测序仪目前产生的序列长度的 10 倍。这些更长的读段使得将 DNA 序列片段拼接成连贯的基因组序列变得更加容易。
太平洋生物科学公司的机器速度也很快。在 12 月在线发表的一篇论文中，沙特和他的团队使用这些机器通过对五种霍乱弧菌（Vibrio cholerae）的基因组进行测序，追踪了海地持续爆发的霍乱疫情的起源（C. S. Chin et al. N. Engl. J. Med. 364, 33-42; 2011）。该团队在不到一个小时的时间内完成了所有五种菌株的测序。在 Illumina 测序仪上完成 150 个碱基的测序需要大约一周的时间。
点击查看图片：https://www.nature.com/news/2011/110208/full/470155a/box/1.html
但对于许多研究人员来说，太平洋生物科学公司机器的关键进展在于能够对单个 DNA 分子进行测序。这些仪器的原理是观察限制在微小隔室内的酶复制 DNA，添加带有荧光标记的碱基，这些碱基在添加到 DNA 链时会闪烁出独特的颜色（参见“一闪而过”）。市场上领先的测序仪则报告来自分子群体的平均序列。
单分子测序为分析稀有序列变异打开了大门，并且使研究人员无需在测序前扩增 DNA 样本，而扩增步骤可能会引入错误，并且对于某些 DNA 序列可能会完全失败。“单分子是测序的未来，”德克萨斯州休斯顿贝勒医学院研究测序技术的迈克尔·梅茨克说。“但它仍然存在障碍。”
这些障碍中最主要的是高错误率。虽然市场上其他方法的准确率超过 99%，但上周太平洋生物科学公司机器的用户报告的准确率约为 85%。沙特认为，可以通过重复测序相同的分子来克服这个问题。
然而，由于其机器的成本（每台 70 万美元，而今年秋天推出的新款 Illumina 测序仪的价格不到 12.5 万美元）以及每次运行期间可以读取的序列数量的限制，这些仪器在短期内不太可能扰乱测序市场。目前，这些机器很可能被用于解决人类基因组中抗拒传统测序的区域。这些仪器还可以检测 DNA 的一些化学修饰，这可能对新兴的表观遗传学领域有用。俄亥俄州哥伦布市全国儿童医院测序中心的负责人彼得·怀特说，他有兴趣购买一台机器，但主要会用它来分析微生物基因组，微生物基因组往往比哺乳动物基因组小得多。
在上周的会议上，特纳没有重申他关于 15 分钟完成人类基因组测序的承诺。但他确实强调说，目前的仪器仍有很大的改进空间。“我们只是这项技术的开始。”