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行動 DNA 定序裝置,基因資訊即時掌握


新聞來源 科技新報
 
過去,分析 DNA 的裝置相當占據空間、分析過程相當繁複且花費相當高昂。

自 1990 年代啟動的人類基因組計畫(Human Genome Project),至今已投入至少 5 億美元、超過 20 年的漫長努力,如今人類基因體定序已有相當完整的研究成果,基因分析裝置設備也精進至占據較小空間且有更佳效能,然而目前這些設備仍要價百萬,無法普遍設置,也因為如此,許多研發正積極地進行,目的就是創造出更小、更經濟的核酸定序裝置。

第一個小到足以放進口袋的基因定序裝置已經問世!是由一間位於英國牛津的 Oxford Nanopore 公司所研發。這個如同手機大小一般的裝置叫做「MinION」,操作時要先插入安裝好配套軟體的筆記型電腦 USB 插座,透過裝置上的「flow-cell」吸取待測 DNA 樣品,flow-cell 就像是一個篩子,上面布滿奈米般大小孔洞,具有不同分子結構的 4 種 DNA 組成鹼基(A、T、G、C),過篩時會產生不同電流反應,藉此奈米孔洞定序(nanopore sequencing)技術,便能快速定序樣品 DNA。

就準確度而言,這樣的定序裝置當然無法與實驗室的大型精密設備相比;但像 MinION 這樣的裝置,重點在於能在戶外及偏遠的地區進行分析。這項裝置價格約台幣 3 萬元,flow-cell 為耗材,單項價格約台幣 1 萬 5 千元,每個 flow-cell 大約可使用數個月。目前為止,MinION 已到過地球的最南端──南極極地分析雪中的微生物;也到過比挪威北角更北的斯瓦爾巴德群島(Svalbard)分析冰川中的微生物;這項科技也曾在 2015 年非洲伊波拉病毒爆發時,用在快速分析病毒。
 
然而,要真正達到「行動」加「即時」的基因定序目標,除了分析要快速,樣品備置的方式也需要達到精簡化(miniaturise)及自動化(automate)。萃取 DNA 的過程需要溶解酶,萃取出的 DNA 也必須要有相當的純度,也就是說備置樣品的過程必須要有三大要素:離心機、昂貴的試劑以及受過訓練的操作員,為了突破這項瓶頸,Oxford Nanopore 公司正在研發一項小型、自動化的樣品備置裝置 Zumbador,以搭配 MinION 的使用而達成真正的行動即時掌握基因資訊。

自 2014 年問世至今,MinION 已被用在許許多多大至人體、小至病毒的 DNA 及 RNA 分析,最令使用者滿意的就是它能快速得到分析結果,大大省去傳統寄送樣本至實驗室、等待實驗室分析結果的時間。舉例來說,全球大型食品加工公司 Mars 瑪氏食品,就在中國的生產線運用這項裝置來測試如沙門氏菌及大腸桿菌等特定的細菌病原。瑪氏食品的食安負責人 Robert Baker 表示,目前檢測結果仍需數天至數週的時間才能產出,未來若有自動化備置樣本的設備,那麼距離同步取得分析結果的目標就不遠了;同時,如果偵測的病原範圍能加大,那麼對食安控制又將成功前進一大步。

Oxford Nanopore 公司的科技長 Clive Brown 指出,隨著這項科技發展,可攜式基因序列分析裝置將能提供更快、更準確的分析結果,他深信有朝一日,這項裝置將能普及使用,以利我們了解周遭的一切,不管是血液、唾液或是超市買的雞肉,都能透過這項裝置來取得基因檔案。你能想像嗎?這一天或許很快就會來臨,基因定序裝置將會如同手機,隨時可用、隨處可達。
 
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