DNA测序进入太空时代

张迪

首次太空DNA测序与地球上的结果“完美匹配”

美国国家航空航天局（NASA）官网宣布，NASA宇航员凯特·鲁宾斯在国际空间站内成功完成微重力条件下的DNA测序，这标志着人类已迎来“能对太空活体生物进行基因测序”的全新时代。

刚完成测序任务的鲁宾斯表示，她与地面同事一起见证了基因和系统生物学研究来到了太空。“我们现在开启了一个全新的科学领域—太空基因组和系统生物学。”

这次太空测序是“生物分子测序研究项目”的一部分。测序使用的是英国牛津纳米孔公司提供的MinION测序仪，只有手掌大小，既方便又快捷。测序原理是通过纳米孔施加电流，同时让含有检测样本的液体流经检测仪，不同的DNA分子會引起不一样的电流变化，通过电流变化就能识别出这种基因序列的生物。

纳米孔测序仪将掀起新一轮测序革命

早在2012年的时候，一家名为Oxford Nanopore的英国公司就发布了一款口袋大小的DNA测序器。当时人们都难以置信，因为通常这种产品都会有冰箱那么大。在解决了一些BUG和技术问题后，这家公司把它命名为MinION，并进行了一系列的测试。

MinION的尺寸小到只有一支笔的长度，重大约100克。MinION完全颠覆了测序仪的形象。它可以直接通过USB口连接到笔记本上，原始的电流信号通过网络传到英国的服务器上，进行Basecalling。

纳米孔测序没有测序长度的说法，因为它完全颠覆了测序读长的定义。事实上，它总是能够完整地把一条DNA链从头测到尾，因此它的测序读长就是DNA的长度。极端的情况是，一整条染色体都可以从头到尾测完，但是一般样本制备时DNA会断开。根据UCSC报道的用户使用的结果表面，一般读出的reads平均为1kb-5kb，这个读长完全是因为样本打断到了这个尺寸。最长的reads可长达120kb。一个MinION有500个纳米孔在并行测序，每个孔每秒测30bp，因此，要测到1G的数据，需要3天时间。

纳米孔技术产品的出现意味着第四代测序技术的诞生。但纳米孔测序要想真正给基因组学研究和临床应用带来重要的变化，还有非常长的路要走。也许10年之后，我们能看到一个成熟的、快速的、准确的第四代测序。

人类开启太空活体生物基因测序全新时代

项目组将事先准备好的老鼠、病毒和细菌的DNA样本带到空间站，由鲁宾斯在太空进行检测，而地面团队成员同步对类似样本进行测序。比较后发现，太空和地球上的两种测序结果能完美匹配。

项目主管、NASA微生物学家萨拉·卡斯特罗·华莱士说：“下一步我们将把整个测序过程搬到太空，不再带样本到太空，而是直接在太空准备样本，然后进行基因测序。宇航员将不仅能对已知的生物测序，还能在太空完成取样、准备样本和测序整个过程，最终识别出未知的外星生命。”

有了在太空中测序DNA的方法，就能识别出国际空间站内的微生物是否威胁宇航员的健康，帮助地面科学家随时了解宇航员们的生活环境，及时告知他们是否要做清洁或服用抗生素。太空DNA测序仪对未来造访火星等需要长时间待在空间站的宇航员来说，是保护他们健康的重要工具。

另外，测序仪还会成为空间站其他科研的重要工具，比如直接检测绕轨飞行中遗传物质或基因表达的变异，而不用再像以前一样等几个月返回地球后才知道结果。

MinION测序仪有望在极端环境中检查人类疾病

MinION测序仪登上太空，科学家们不是为了证明基因测序的飞速发展，而是想利用其来帮助人类在极端环境中诊断疾病。

对于该试验，宇航员Rubins有自己的一些期望，她说：“目前，我们不能实时分析太空中发生在人类以及细胞中的事情。我们的空间站拥有一个具有15年历史的干净水源，但是这些水源是否存在微生物还无人知晓，也许DNA测序仪可以帮助我们解答这个问题。”

目前，MinION测序仪在太空中与其他的诊断仪器相连，例如PCR仪。如果MinION能把太空中的微生物都“鉴定”出来，那么它将有望帮助空间站中的宇航员诊断疾病，以了解致病微生物是否对抗生素敏感，这样一来可以节省太空中宝贵的药物。

在太空中完成DNA测序，同样为偏远地区或地球上贫困地区的DNA测序铺平道路。Rubins说：“这类装置可在疫情爆发时，或在没有足够的设备资源的诊所中进行一定类型的疾病诊断。”

（本文转自中国科技网）