纳米孔测序,是第四代基因测序技术。分子通过纳米孔时,会对纳米孔内电流或横穿电流产生影响,不同分子由于性质不同产生的影响存在差异,纳米孔测序基于此原理,将纳米孔蛋白浸泡在电解质中施加电压产生电流,单链DNA、RNA从负极向正极通过纳米孔,对电流产生影响,通过记录电流变化实现测序。
发展至今,基因测序已有四代技术。第一代是Sanger测序技术,优点是测序结果精度高,缺点是难以测序未知序列、测序速度慢、难以实现大规模测序等;第二代是高通量测序(NGS)技术,优点是测序准确度高、通量大、可大规模测序,缺点是碱基片段测序读长短、序列分析时间长等;第三代是单分子测序技术,优点是测序时间短、碱基片段测序读长长,缺点是样本要求高、碱基测序准确度存在不足等。
纳米孔测序属于单分子测序的升级技术,可对DNA、RNA进行测序,由于利用纳米孔来检测分子信号,与前三代基因测序技术相比,无需洗脱不需要的片段、无需化学标记、无需聚合酶链式反应(PCR)扩增,具有通量高、碱基片段测序读长超长、测序时间短、实时显示结果、成本低等优点。
纳米孔测序凭借效率高、成本低的优点受到了众多资本关注。在全球范围内,第二代高通量测序技术仍是市场主导,2023年企业数量占比接近50%,产品数量占比接近60%。但纳米孔测序企业数量正在快速增多,2023年占比达到30%,超过第一代、第三代,由于较多产品正在开发过程中,产品数量占比较小,仅在13%左右,未来有望快速增加。
目前海外市场中,纳米孔测序仪生产商主要有英国的Oxford Nanopore Technology(ONT)、Base4 Innovation,美国的Genia Technologies(被Roche收购)、Stratos Genomics(被Roche收购)、Roswell Biotechnologies、Armonica Technologies、iNanoBio,日本的Quantum BioSystems等。其中,ONT处于领先地位,于2014年推出全球首台纳米孔测序仪。
我国基因测序行业起步晚但发展迅速,纳米孔测序仪研发生产商正在逐渐增多,主要有齐碳科技、安序源、今是科技、孔确基因、普译生物、梅丽科技、罗岛纳米、儒翰基因等。其中,齐碳科技于2020年推出了我国首台纳米孔测序仪,并于2021年12月推出了国内首台量产的纳米孔测序仪QNome-3841。
纳米孔测序作为单分子测序技术,也存在样本要求高、需要高分子量DNA和全长RNA,以及与第一、二代技术相比错误率较高、准确度不足的缺点。我国纳米孔测序技术还在不断进步,2023年3月,齐碳科技发布最新升级技术,使纳米孔测序单次测序准确率跃升至97%。此外,2023年5月,安序源发布高通量纳米孔测序仪AXP100-RS,开机成本低至百元级,有利于其应用普及。