历史首次，流感病毒基因终于能直接以它原始 RNA 形式被测出

　　最新的一项技术，使流感病毒第一次以它原始 RNA 的形态被测序出来。流感病毒的基因编码，同其他病毒一样，都储存在 RNA 中，因此若想测得其基因序列，在之前有限的技术下，只能通过测序其逆转录后的 DNA 而获得。但是，这项新发明，使用了纳米孔测序技术，当基因通过一个微小的分子泵时，能够直接读出其 RNA 序列。

　　“这是有史以来的第一次，我们能够窥视基因原始的形态，”来自亚特兰大疾病防控中心（CDC）的微生物学家 John Barnes 说。Barnes 领导了这次研究，在 4 月 12 号的 BioRxiv 上发表了论文的预先版。他表示：“这会为后续的研究带来很多可能性。”

　　Barnes 和他的团队最热衷于研究病毒的基因，其他研究还涉及各种组织器官内的 RNA，也包括人体内的 RNA。研究人员一直以来，都想要通过测得 RNA 上的分子修饰，来阐明其在细胞功能中发挥的作用，但是一直难以进行这类实验。

　　“这项发明将会带来的最大突破，在于能够发现 RNA 的修饰，该成果是具有转化意义的”欧洲生物信息研究所（EMBL-EBI）的联合主任 Ewan Birney 这样说道。

　　图丨Ewan Birney

　　RNA 在化学层面和它的表亲 DNA 很像。在细胞有机体中，RNA 是 DNA 编码基因和蛋白质的桥梁，并在细胞中发挥其他作用。但是很多病毒，包括那些能导致埃博拉、脊髓灰质炎和普通感冒的病毒，把它们的基因编码储存在 RNA 中，而非 DNA 中。

　　Barnes 也是 CDC 流感基因组学团队领头，他说没有人曾做过 RNA 测序，因为感觉几乎不可能。过去测序原始 RNA 的方法，都需要破坏 RNA 的原始化学结构，或者一个接一个的分离碱基，并且这些方法自从上世纪七十年代末发明以来，改变甚微。但 DNA 测序有很大的发展，于是相应的，目前几乎所有“RNA 测序”，都用一种逆转录酶，先把 RNA 逆转录成 DNA，再进行 DNA 测序。

　　纳米材料能够为 RNA 测序提供一种更简单的方式。这项技术通过让电流接通一个纳米级别的分子孔，当基因材料穿过孔径时，通过测量电流的波动幅度，能得知通过的核苷酸是哪一个。

　　今年一月，牛津纳米孔公司的研究人员利用一个叫做 MinION 的设备，直接测得了 RNA 序列。他们的这次尝试把目标放在了信使 RNA，其在 RNA 家族中的作用为传递 DNA 的信息，翻译蛋白质。

　　图丨MinION

　　Barnes 的团队把这项技术用在了流感病毒 A 的基因组中，这个病毒内大约含有 13500 个 RNA 碱基，并由 8 个片段组成。Barnes 说，因为这项工作需要大量的流感病毒，并且必须去除掉不可避免的测序误差，原始数据也要被处理很多次，所以他的团队进行了多次尝试，调试了设备与误差后，才得到 RNA 序列的结果。但是纳米科技确实在快速发展着，Barnes 希望随着进一步的改良，流感和其他 RNA 病毒的直接测序能够变成常规。

　　在 Barnes 和其他科学家的愿望清单上，第一项就是识别 RNA 的分子修饰。目前，已经有超过 100 种分子修饰被发现，但是研究人员们对它们的作用却知之甚少，很大部分原因是，科学家们不能系统的研究他们在分子转录翻译层面、细胞功能层面、个体生理层面的作用，而新纳米技术的出现有望解决该问题。

　　目前，牛津纳米孔团队的技术已经能够直接测得两种常见的 RNA 修饰与标记。该公司的咨询师 Birney 分析到，而或许机器学习算法的加入，来破解标记的含义，找到更多的修饰，会让这个技术得到更大的发挥。

　　杜克大学的一位病毒学家 Bryan Cullen 表示，对修饰的 RNA 进行测序一直是该领域的一个大难题。去年，他的团队发现了一个叫 m6A 的标记，可能会在病毒感染小鼠时，导致病毒基因表达的改变，最终能够使病毒繁殖。但是，发现这种标记的这背后，是大量时间和资源的消耗，这就是目前 RNA 修饰检测的现状。

　　纳米技术测序的优点，除了能够更方便的测得 RNA 修饰外，还能够显示出 RNA 病毒序列隐藏的多样性。Stacy Horner 是杜克大学 RNA 生物中心的联合主任，他说相比之下，现有的其他技术，由于破坏了原始结构，最终的结果是大量 RNA 短序列的粗糙拼接，所以序列的多样性会在这个过程中丢失。

　　Birney 说，“虽然这项技术还未完善，生物学家依旧期待着，未来能够直接测得整个病毒的基因，和正常生物体中的其他 RNA 分子。”越微小越重要，当我们所利用的材料尺度越微小，越可以在更接近分子的层面对其形态功能直接的观察，方法更加简单，精确度也大大提升。把纳米材料应用于 RNA 的直接测序，无疑是技术上的一个重大突破。