一顆“納米球”打破基因測序關鍵技術壟斷
本報記者 張佳星
把“命門”掌握在自己手中
一個不超過信用卡大小的硅基芯片上，密密麻麻陣列分布著幾千萬個“小室”。小室中正釋放噼啪的熒光。每一粒“珍珠”的串入，就會激發出相應熒光，熒光顏色提示了“珍珠”的排列，其對應的DNA密碼就此解讀出來。
“珍珠”是DNA的基本單元——核苷酸，上有4種堿基，人們為堿基加上對應的4種顏色，傳遞出密碼信息。為了解讀人類基因組中的核苷酸密碼，十幾個國家集中力量對其進行破譯，即“人類基因組計劃”，高通量測序技術的出現終結了漫長、浩大的測序工程時代。
截至目前，高通量測序有不同的技術路線。美國Illumina公司在市場和技術上均占有壟斷地位。我國華大智造在后發劣勢的情況下，通過技術引進和創新，采取不同的技術路線，換道邁進更快、更準的測序“金標準”。
熒光在百層“轉梯”上“炫舞”
1個DNA分子激發出的熒光很微弱，易受背景干擾，難以準確檢測。就像一個人的聲音很難被聽清楚，幾百、幾千人同時吶喊才能更準確地傳遞信息。
為了“聽”懂DNA，必須放大信號。方法是復制出幾百個同樣的序列，同步反應，同步釋放熒光，如同千百人一同吶喊。
傳統的方法是用PCR（聚合酶鏈式反應）復制出這“千百人”。華大智造測序儀產品經理汪婧婧博士解釋，PCR會把DNA雙鏈像筷子一樣分開，每根筷子再去復制，1變2、2變4，n輪之后，達到放大2的n次方的目標。
理論很完美，現實很骨感。PCR技術本身的不完美，使得復制的DNA會出錯，“和聲”中一旦出現“濫竽充數者”，將難以檢測準確。
PCR的不完美在于兩個方面。一個是錯誤累積。PCR的復制是傳遞復制，就像綜藝節目里的“傳遞模仿”，只要其中一環出錯，會學得越來越走樣，傳遞下去的錯誤序列也會“累積”。
另一個方面是，PCR中必用的聚合酶會出錯。就像人累了會疏忽大意一樣，聚合酶如果不停裝配，“疲了”也會不時出錯。
有什么辦法能夠擺脫PCR的這些短板？“如果只復制原版，那么錯誤累積的問題就會解決。”汪婧婧說。
華大智造采用了滾環擴增技術。“單鏈成環是第一步。在連接酶的作用下，會讓DNA片段呈環形。”汪婧婧說，其中的連接酶、試劑和反應條件都是多次試驗的最優結果。
萬里挑一，合成新酶促成精妙滾環
“滾環復制是指復制出千百條DNA，均以這個環形DNA為模板。”汪婧婧解釋，每滾出一圈，下一圈會“踢走”上一圈。如此往復，就像用轉筆刀削鉛筆的動作，復制好的DNA會螺旋下來，最終得到經過復制“擴大”的DNA鏈。
“基于物理原理，它在測序的小室里會自然地團成球狀。”汪婧婧說，“我們稱之為納米球。”但如果“拎”起來，就會像一條百余層的旋轉樓梯，每層旋轉的DNA序列相同，完成了信號放大。
“之所以能夠完成這樣精妙的合成動作，是因為選擇了恰當的酶。”汪婧婧說，研究團隊通過酶工程的手段按需制造出了保真性極高的聚合酶。
