英国一项最新研究说，基因测序技术的进步已经使得在短时间内快速测出致病体基因组成为可能，在有疫情发生时，可以实时分析致病体类别，及时为临床诊断提供依据[1]。
测序技术短期内可破译疫情致病体的基因组
金黄色葡萄球菌是一种常见病菌，但如果它发生变异而对抗生素甲氧西林产生耐药性，引起的感染就难以治疗。目前，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）已在全球广泛传播，其防治难点在于它有许多亚型，难以及时分辨，因此不容易进行针对性的治疗。
英国剑桥大学等机构研究人员在新一期《新英格兰医学杂志》上报告说，他们利用一次MRSA疫情中留下来的样本，在实验室中重新模拟了不同亚型MRSA的传播情况，并用基因测序技术对这些致病体进行分析。
领导本次研究的沙伦•皮科克教授说，利用最新的基因测序技术，只需要一天左右，就可以从基因层面上分辨出传统方法难以区分的MRSA亚型。在疫情发生时，不同亚型细菌的传播情况会不断变化，使用基因测序技术基本上可以实时跟踪这种变化，为临床治疗及时提供信息。
她还表示，虽然本次研究是建立在MRSA实验的基础上，但相关技术也应该可以适用于其他病菌引发的疫情，成为一种新的高效的疫情监测手段。
从炭疽到毒黄瓜
2011年5月，德国出现了由“肠出血性大肠杆菌”引发的“溶血性尿毒综合征”，迅速发生的疫情让4000多人染病，53人死亡。由于首先怀疑是一些人吃了黄瓜而致病，因而这一疫情被称为“德国毒黄瓜事件”。在出现大量溶血性尿毒综合征病人后，德国和其他一些国家的研究人员马上投入到追查病原体的战斗中。随着时间的推移，疫情似乎难以遏制。此时，德国明斯特大学达格・哈姆森研究小组希望基因组测序公司能够帮助他们对这种细菌进行基因组测序，尽早破解它的性质、来源和毒力，从而找到有效的治疗和预防措施。
基因组测序结果“产志贺毒素大肠杆菌O104：H4的开源基因组分析”就在网站上公布出来，并随后发表在《新英格兰医学杂志》网络版上[2]。
破解肠出血性大肠杆菌的基因组后，德国、英国和中国的研究人员又联合进行了抗生素抗性试验。结果表明，经过10年的进化，这一菌株至少对8种抗生素可能产生耐药性。虽然实验结果显示它属于“耐药菌”，但是和令人恐怖的“超级细菌”相比，还有很大不同，后者对目前几乎所有的抗生素耐药，但O104:H4型菌株只是携带了能抵抗多种不同抗生素的耐药基因。这些分析对治疗药物的筛选提供了很大的帮助。
实际上，通过基因组测序技术来确定病原微生物并非始于疫情的控制，而是源于生物反恐斗争。这要追溯到美国2001年发生9・11袭击之后遭受的邮件寄送炭疽杆菌的生物恐怖事件。当年，在一系列炭疽杆菌袭击事件导致5人死亡，并在美国全境造成巨大恐慌的情况下，美国政府进行了一项前所未有的努力――召集研究人员对炭疽杆菌进行全基因组序列的测定。
当时，美国安全部门的研究人员认为，要防范生物武器的攻击，就有必要了解作为生物武器的微生物的毒理作用。研究人员通过测序发现，炭疽杆菌的基因组有520万个碱基对。美国联邦调查局招募的基因组测序专家、美国北亚利桑那大学微生物遗传学家保罗・凯姆等人认为，解决生物恐怖攻击并不需要花费太多的钱。可是，当时对炭疽杆菌基因组的测序竟然花费了50万美元。此后，随着技术和设备的改进，基因组测序的费用不断下降，直到现在，只需要不到500美元就能对炭疽杆菌的全基因组进行测序。
最新的单分子测序技术
牛津纳米孔[3]
牛津纳米孔公司已演示了其开发的可以直接解读DNA碱基的商用机器。这项技术提供了一条使基因测序更快、更便宜的途径，而且有可能使其便捷到足以让医生把其当成常规检查，如同血细胞计数检查或核磁共振成像一样。
将一条DNA单链穿过在膜上形成的一个蛋白孔就能完成测序过程，而不需要扩增DNA或者使用价格昂贵的试剂。电流从蛋白孔流过；不同的DNA碱基会以不同的方式干扰流过该孔的电流，从而机器能够电子解读DNA序列。
Pacific Biosciences上发售的第三代测序系统PacBio RS[4]
PacBio RS是一台革命性的DNA测序系统，它融合了新颖的单分子测序技术和高级的分析技术来实时揭秘生物学。此系统有着其他系统无以伦比的序列读长，平均达1000个DNA碱基。与第二代测序系统相比，它能更快获得结果——不到一天。RS测序仪的发售有望扩展DNA测序在更多领域的应用，诸如癌症研究、病原体检测和农业。
基本原理：DNA聚合酶和模板结合，4色荧光标记4种碱基，经过Watson配对后不同的碱基加入，会发出不同光，根据光的波长与峰值可判断进入的碱基类型。这个DNA聚合酶是实现超长读长的关键之一，读长主要跟酶的活性保持有关，主要受激光对它的损伤的影响。PacBio还在不断优化聚合酶的性能，比如给聚合酶加上免受激光影响的保护基团等，进一步地提高读长，提高测序质量和通量。
第三代测序系统PacBio RS的原理讲解
[1] Köser CU, Holden MT, Ellington MJ, Cartwright EJ, Brown NM, Ogilvy-Stuart AL, Hsu LY, Chewapreecha C, Croucher NJ, Harris SR, Sanders M, Enright MC, Dougan G, Bentley SD, Parkhill J, Fraser LJ, Betley JR, Schulz-Trieglaff OB, Smith GP, Peacock SJ. Rapid whole-genome sequencing for investigation of a neonatal MRSA outbreak. N Engl J Med. 2012366:2267-2341
[2] Frank C, Werber D, Cramer JP, Askar M, Faber M, an der Heiden M, Bernard H, Fruth A, Prager R, Spode A, Wadl M, Zoufaly A, Jordan S, Kemper MJ, Follin P, Müller L, King LA, Rosner B, Buchholz U, Stark K, Krause G; HUS Investigation Team. Epidemic profile of Shiga-toxin-producing Escherichia coli O104:H4 outbreak in Germany.N Engl J Med. 2011 ,365:1771-80
[3] Eisenstein M.Oxford Nanopore announcement sets sequencing sector abuzz. Nat Biotechnol. 2012,30:295-300
[4] Alice McCarthy.Third Generation DNA Sequencing: Pacific Biosciences' Single Molecule Real Time Technology.Chemistry & Biology, 2010, 17: 675-676
