[發明專利]一種基于納米孔的快速測序方法

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• 申請號: 202110305615.5
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113025697A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 蘇州天擎智能科技有限公司
• 主分類號: C12Q1/6869
• 分類號: C12Q1/6869
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于納米孔的快速測序方法。該方法包括如下步驟：步驟S1，使用納米孔芯片檢測分子通過時引起的信號變化；步驟S2，編碼模塊將信號變化編碼為電子數據；步驟S3，電子數據通過傳輸模塊上傳至服務器端；步驟S4，服務器端的解碼模塊將上傳的電子數據解碼為信號數據；步驟S5，服務器端的計算分析模塊將信號數據識別為分子序列。本發明可應用于需要分子測序的場景。

技術領域

本發明涉及分子測序領域，尤其涉及一種基于納米孔的快速測序方法。

背景技術

納米孔測序技術是最近幾年興起的新一代測序技術。目前市場上廣泛接受的納米孔測序平臺是Oxford Nanopore Technologies（ONT）公司的生物納米孔測序儀。相比于第二代測序技術，它的優勢是單分子測序，測序讀長長（報道的最長長度可超過2Mb），實時獲取測序數據，無需擴增可識別核酸修飾等。在宏基因組測序，新物種基因組測序，病原體測序與表觀遺傳學測序等多個具體的應用領域中漸漸展示出不可替代的地位。

納米孔測序的基本原理是，馬達蛋白牽引DNA/RNA 與納米孔蛋白結合，因為薄膜兩端電勢差導致解鏈后的鏈可以通過納米孔。因為堿基結構和帶電的不同產生的電阻不同，導致電信號不同，最后通過對原始的電信號的解讀進行堿基識別（Base-calling）。

由于電流檢測的頻率通常是DNA序列通過納米孔速度的7-9倍，因此這對Base-calling造成巨大的技術挑戰。與二代Illumina測序數據相比，具有讀長更長、錯誤率高、長度分布不均勻等特點。

一般地，測序會產生G量級甚至T量級的海量數據，難以常規化存儲。且Base-calling算法以及后續的分析算法的計算量都十分巨大，對軟硬件要求極高，使用起來困難重重。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供了一種基于納米孔的快速測序方法。

本發明的技術方案為：一種基于納米孔的快速測序方法。

如圖1所示，所述方法包括如下步驟：

步驟S1，將預先制備好的待檢分子，牽引通過納米檢測孔，同時檢測分子在通過時引起的信號變化；

步驟S2，檢測到分子通過納米孔時信號變化后，經由編碼模塊將其編碼為電子數據，以便于傳輸和存儲；

步驟S3，系統再通過通過傳輸模塊將數據上傳至服務器端；

步驟S4，在服務器端通過解碼模塊將所上傳的電子數據解碼為原始的信號數據；

步驟S5，在服務器端通過計算和分析模塊，將信號數據識別為分子序列。

進一步地，步驟S1所述的納米孔芯片是由納米孔元件、信號捕捉模塊、信號傳輸模塊組成，并通過芯片組有機地結合起來。

進一步地，納米孔元件為固態納米孔，由硅基片和氮化硅薄膜組成。

進一步地，步驟S2所述的信號編碼還包括了加密模塊、壓縮模塊、數據緩存模塊。加密模塊可以使用對稱加密或者非對稱加密算法，壓縮模塊是根據信號數據的特殊性而針對性實現的高效壓縮算法，數據緩存由兩層緩存構成，第一層緩存是內存，第二層緩存是固態硬盤。

進一步地，步驟S4所述的解碼模塊包括了解密模塊、解壓模塊、數據緩存模塊。解密模塊和解壓模塊的算法均與步驟S2的加密模塊和壓縮模塊對應，數據緩存由三層緩存構成，第一層是內存緩存，第二層是固態緩存，第三層是機械硬盤。

進一步地，步驟S5所述的服務器端為云端的服務器集群，所述的計算分析模塊是在云端服務器集群中運行的并行算法。

進一步地，步驟S5所述的計算分析模塊還包括了對序列進行校準和數據質量評估。

進一步地，步驟S5所述的分子序列是DNA序列和RNA序列，以及DNA修飾和RNA修飾。