隨身碟大小 DNA 定序: MinION

基因定序儀變輕薄，科學家能帶它趴趴走 作者 孫 雷銘 | 發布日期 2015 年 05 月 11 日人類 23 條染色體鹼基早在 2003 年就全部解密，當時花費之大（30 億美元）、為期之久（15 年）、參與的科學家人數之多，讓人類基因圖譜計畫成為科學史上的一個偉大工程。時至今日，隨著各實驗室對於定序技術的革新，以及電腦運算能力的增加，定序儀器已經縮小到一台小冰箱大，如美國生物科技公司 Illumina 的 NexSeq，能在 2 天的時間內把一個人的染色體定序完畢，費用則壓縮到 15 萬台幣左右。但這樣的體積和費用仍不適合科學家在野外或偏遠地區使用，通常戶外研究不一定需要將所有的染色體定序完畢，而是需要輕便、易於攜帶並且更便宜的定序機。 Oxford Nanopore 在 2013 年底推出了手掌大小的基因定序儀──MinION，這台機器使用全新的定序技術「奈米孔定序法」（nanopore sequencing），不僅能定序 DNA 和 RNA，甚至連蛋白質和化學物質都能偵測，其原理《科技新報》曾有專文「用隨身碟做 DNA 定序 每支不到 3 萬台幣」介紹，在此不贅述。由於這種新技術尚未成熟，因此 Oxford Nanopore 公司發起了 MAP（MinION Access Programme）計畫，類似產業界與學術圈的合作方式，研究人員只要透過該公司的網頁申請，最多可以申請到 50 個 MAP 組合包，每個組合包押金 1,000 美元，只要符合該公司的要求在實驗結束後會全額退還押金。Oxford Nanopore 公司則藉由參與人員的使用經驗和回饋來改進 MinION。參與計畫的研究員 Joshua Quick 帶著三個 MinION 和一台筆電去非洲幾內亞，在 12 天內就找出 14 位病患有伊波拉病毒，這對流行病學是一項巨大的突破。對此成果，Quick 表示：「這簡直是基因定序的民主化，再也不需要昂貴笨重的設備了。」另外一組義大利生物學家則帶著 MinION 去坦尚尼亞的雨林，替當地一種青蛙做基因定序。緬因州 MDI 生物實驗室的 Karen James 則希望能與市民科學家合作，一起調查緬因州 Acadia 國家公園的生物多樣性。美國太空總署（NASA）甚至計劃帶一台 MinION 到國際太空站，讓太空人測試在無重力狀態下可否使用。如果成功，下一步將送到火星，檢查那裡是否有生命跡象。雖然 MinION 能夠將病毒和細菌做定序，或者讀出人類某段染色體的鹼基，區分染色體內某一個基因的變異型，但它仍然有不少缺點。首先它的定序速度很慢，無法處理大型的基因體，據估計如果用它來定序人類的全部染色體，要花上一年的時間；其次在 DNA 的定序上錯誤率高達 5~30%，比起大型的定序儀差很多；最後它在定序長的、重複的鹼基區常常發生錯誤。不過隨著科技的進步，這些缺點相信會逐步被克服。現在 Oxford Nanopore 尚未決定 MinION 要賣多少錢，如果不貴的話，說不定以後診所或家裡也可以買一台。能做什麼呢？診斷疾病、選擇藥物、鑑定血源等都會用的到。