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纳米孔测序技术是近年来在基因测序领域兴起的一项新技术,起源于1996年哈佛大学的Daniel Branton、加州大学的David Deamer等用膜通道检测多核苷酸序列的实验结果。
其主要原理是让单链DNA的碱基逐个穿过1nm的小孔,检测不同碱基组合的特有结构在穿过时产生的电流变化来进行测序。
该测序技术无需预先扩增或标记DNA,可以降低测序成本,且可以连续读取长片段的DNA序列,分析速度也大大提高,基于这些优势该技术已受到广泛关注,被认为是最有可能成为下一代基因测序的技术之一。
2016 年,《科学》杂志已将基于纳米孔的便携式检测技术评为十大科技突破之一。
从发文量TOP10国家来看,美国具有绝对的优势,共发表纳米孔测序技术领域的论文548 篇,是排名第二的中国的近3 倍。英国排名第三,排名第4 ~10的国家发文量差异不明显。
从被引情况来看, 发文量TOP10国家中,篇均被引次数前三的分别是英国、加拿大和美国。
在开展纳米孔测序技术研究的机构中,美国加州大学系统发表相关论文数量最多(78篇),美国伊利诺伊大学系统和中国科学院分别发表65篇和46篇,位列第二和第三。
在发文量前十位研究机构中,有7家美国机构,2家中国机构和1家英国机构。
发展历程
1999 ~2016 年该技术发明专利数量总体呈缓慢增长趋势,
1999 ~2004 年主要处于技术引入期
2005 ~2009 年专利公开数量没有大的突破,处于技术瓶颈期,许多技术仍处于研发
阶段
2010 年以后纳米孔测序技术进入快速发展阶段
2012 年首台测序仪问世标志着技术真正实现商业化,专利公开数量激增
2016 年已达到101 件。
纳米孔测序技术已逐渐受到各界重视。
传染源第二代测序平台的广泛使用,填补了之前在传染病爆发时诊断检测方面的缺口,但与PCR、ELISA技术一样,存在检测时间过长的问题,而纳米孔测序技术能很好地弥补这方面的不足。
MinION系统在进行研究时发现,结合Illumina MiSeq数据,并依靠其长读长的优势在基因组复杂区域组装方面具有良好的效果。
哈佛大学研究小组开发了一种基于纳米孔的电子DNA测序平台。这个新的测序机器包括7个蛋白质亚基,共同组成了1个复杂的纳米孔,其中只有1 个可以在正确的孔道开放时间、正确的位置特异性地与DNA聚合酶共轭。
该成果将生物大分子机器与合成膜结合在一起,然后整合到常规电子机器中,创造了一种全新的低成本基因诊断技术。
2016年7月,一台MinION测序仪搭乘SpaceX 9号进入国际空间站,对细菌、病毒和小鼠DNA进行测序,所得数据发回地球,在此基础上研究人员对MinION在不同环境下的工作状态进行评估,以验证MinION在微重力下的性能,并为下一步探索做好准备,为未来更多科学研究提供支持。
此外,小型便携式DNA测序仪还在科研、药物定制、食品安全检测、农作物科学研究、环境监测以及安全防护等许多方面具有应用潜力,在推进基于基因组技术的个性化医学方面也将做出巨大贡献。
美国Life Technologies
美国Illumina
美国单分子测序Nabsys
瑞士罗氏
美国安捷伦
美国Pacific Biosciences
美国Genia Technologies
英国Oxford Nanopore
瀚海基因
GenoCare系统
华大基因
Pacbio RS II系统和 PacBio Sequel系统
天津生物芯片技术
Pacbio RS II系统和 PacBio Sequel系统
北京诺禾致源
PacBio Sequel系统
未来组生物科技
PacBio Sequel系统和Oxford Nanopore的GridION X5纳米孔测序平台
武汉菲沙基因
PacBio Sequel系统
北京百迈克生物
PacBio RS II系统
上海翰宇
PacBio RS II系统
上海派森诺
PacBio Sequel系统
更新中.........
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