纳米孔测序可直接读取RNA,省去逆转录为DNA再扩增的环节,从而规避这一过程中产生的偏向性及可能引入的突变。这一技术特性正在推动基因测序产业链重新分工:上游建库试剂中逆转录相关耗材的需求被削弱,纳米孔芯片与孔蛋白成为核心;中游生信分析从“比对拼接”转向直接处理电流信号与全长转录本;下游则向RNA病毒研究、全长转录组和临床RNA检测等方向延伸。 需要说明的是,目前长读长测序整体准确率仍有提升空间,产业链变化是渐进过程,而非一次性替换。
上游:建库环节简化,核心耗材重心转移
纳米孔测序的技术原理,是通过改造蛋白通道形成蛋白纳米孔,置于人造膜上并施加电压差,当motor蛋白牵引DNA或RNA通过纳米孔时,不同碱基产生不同电流变化,再由模式识别算法确定碱基序列。由于测序文库制备过程无需对样品核酸进行PCR扩增或逆转录,可直接对DNA或RNA测序,上游建库环节的试剂结构随之改变:逆转录酶、扩增相关试剂的用量需求相对下降,而纳米孔芯片、孔蛋白、建库试剂成为价值更集中的环节。同时,文库制备流程简化,也降低了对复杂建库设备的依赖。
中游:生信流程从“还原片段”转向“直读全长”
二代测序采用短读长模式,需将DNA扩增后切成片段读取、再用算法还原,因此基因组中常见的重复序列难以精准测出。三代测序不用扩增、从头读到尾,且可边测序边输出结果,实现实时分析。省去逆转录步骤后,中游测序服务与生信分析不再需要处理逆转录引入的偏向性,分析对象从短片段拼接转向全长转录本与原始电流信号,算法与参考数据库都需要相应调整。此外,纳米孔测序设备简单便携,目前使用较成熟的MinION测序仪可在极地、海洋甚至太空等复杂环境下完成实时测序,这为测序服务在突发疫情等场景下的时效性提供了新的可能。
下游:RNA研究与应用场景被直接打开
可直接对各类形式的RNA测序,是纳米孔测序区别于需逆转录路径的关键能力,其直接受益方向包括RNA病毒研究与全长转录组分析。在临床检测端,三代测序的转化也在推进:贝瑞基因累计服务三代测序检测样本量突破10万人份,服务终端客户超过1500家(截至2022年底);其三代地贫检测效能受到检验医学期刊CLINICAL CHEMISTRY关注,该刊专门发表编辑部文章,认为三代测序技术为复杂单基因病的分子诊断带来全新机遇。整体来看,长读长测序被评为Nature Methods“2022年度最佳技术”,产业界与资本端对纳米孔路线的关注度持续上升。
常见问题
纳米孔测序为什么能直接读RNA?
纳米孔测序通过motor蛋白将核酸牵引至纳米孔,单链DNA或RNA通过时不同碱基产生不同电流变化,据此识别碱基序列。由于文库制备无需PCR扩增或逆转录,因此可以直接对RNA测序,避免逆转录为DNA扩增所产生的偏向性及可能引入的突变。
省去逆转录会改变哪些产业链环节?
上游建库试剂中与逆转录、扩增相关的需求相对弱化,纳米孔芯片与孔蛋白的重要性上升;中游生信分析需适配全长转录本与电流信号;下游RNA病毒研究、转录组与临床RNA检测的应用空间被打开,形成从试剂到分析的链式影响。
纳米孔测序目前有哪些局限?
长读长测序虽在读长和实时性上具备特点,但准确率仍有提升空间,目前准确率仍只能做到95%左右。其临床应用转化也处于推进阶段,产业链结构变化需结合技术迭代与后续公开数据持续观察。