DNA测序新方法

今年2月是人类基因工程成果发表的十周年。基因组指的是生物体遗传信息的完整反映，科学家当时认为基因组图谱将会解开人类病因的秘密，但是，10年后人类还无法破解导致疾病的原因。人体内25000个基因中，还有10000多个基因并没有找到它们存在的原因。如此缓慢的研究进程主要是由于DNA测序非常耗时。然而，近日韩国科学家小组研发出了一种新的DNA测序分析法，可以在1小时之内分析30亿对基因。今天，我们邀请到了韩国浦项工学大学化学学科金光秀（音译：김광수）教授，与他一起聊一聊这项神奇的研究成果。每个人体细胞都包含了大约30亿对2毫米长的DNA。DNA是一种由包含遗传信息的糖分和磷酸基团组成的螺旋体结构，还包括四种分子---A、T、G和C，称作碱基。测序是指，阅读和破译这四种螺旋体周围的碱基。人类DNA首先于2001年被发现，而人类对于DNA序列的研究已经走过了很多年，耗资1万亿韩元。那时候，科学家致力于减少DNA图谱测序时间的研究工作。现在，只需要两到三周的时间就可以绘制出人类的基因图谱。但是，韩国科学家所发明的方法将时间缩短到仅仅几个小时。随着技术的不断进步，基因图谱有望在几分钟内被破解。上世界90年代，人类基因工程启动。那时候，科学家人工每天测序5000对DNA。21世纪初期，自动测序仪每天可以测序10万对DNA，而现在，每天可以测序250亿对DNA。但是，现在要分析人类所有的基因仍然需要至少几周的时间。这就是为什么金教授发明的方法非常神奇。他所研发的技术可以实现每小时分析30亿对DNA。他还认为，可以将这一时间缩短至几分钟。当一个DNA通过纳米通道，每个碱基就可以在几微秒内附着在石墨纳米带状体上。金教授可以通过改变石墨导电性能的方式分离四种碱基——腺嘌呤，胸腺嘧啶，胞嘧啶和鸟嘌呤。韩国的科学家认为，基因测序可以通过观察导电性变化，更快更准确地进行。一般来说，当DNA经过石墨，DNA碱基的方向是随机的，但是他们能够区分是哪一种DNA碱基经过，因为他们能够分辨出哪种碱基附着在石墨上。两者之间所产生的吸引力迫使它们并行，这意味着它的方向就是确定的。如果方向不确定，碱基的信号就无法捕捉，但是如果所有的碱基都指向一个方向，那么他们就可以清晰的捕捉信号，分析DNA序列。韩国浦项大学化学学科金光秀教授研发出了一种高速DNA破译方法，可以利用拥有碳原子层的石墨带状体阅读30亿对DNA碱基。当带着人类基因信息的DNA通过纳米大小的小孔的时候，四种DNA碱基都会接触石墨带状体大约1微秒，这样就可以观察DNA碱基接触石墨体后，石墨体导电性能的变化。这些信息变化就可以由一台电脑收集，在短短一个小时之内就可以对DNA进行测序。金教授的研究成果不仅仅缩短了测序的时间，而且大大削减了DNA测序成本。那么，金教授的研究有怎样的深层含义呢？如果在一个小时或几分钟之内破译DNA，那么即时分析DNA，就成为一种可能。这样的设想能够给基因和生物工程领域带来诸多变化，还能够为疑难杂症的治疗提供解决方案。这种方法将能够改变人类的未来，因为它能够推进基于基因信息的医疗、基因突变、遗传性疾病、个体和适应性疾病的发展，甚至推进人类进化研究的进程。随着这项技术的进一步发展，甚至几滴血液就可以显示出某人癌症或糖尿病的基因构成。韩国浦项大学化学学科的金光秀教授以及他的研究小组所从事的研究受到了全世界的广泛关注，承载着人们的诸多期待。