中国科学家引入信息论刷新基因测序精度
自从AlphaGo出了围棋界的No.1，“智能”的潜力被甚广而周知，特别是在对于大量的重复性工作，写出个“算法”让电脑“跑完”，得出结论的结果说不定比人强。科学家不仅有充足大的脑洞，还有着非凡的执行力。这次是生物学者，他们糅合了信息学科的思维，发明者了基因测序的新方法。 日前，一篇取名为《基于信息理论来修正错误的高准确度荧光产生DNA测序方法》的论文在《大自然·生物技术》上在线公开发表。研究者来自北京大学黄岩谊教授率领的团队。
自从AlphaGo出了围棋界的No.1，“智能”的潜力被甚广而周知，特别是在对于大量的重复性工作，写出个“算法”让电脑“跑完”，得出结论的结果说不定比人强。科学家不仅有充足大的脑洞，还有着非凡的执行力。这次是生物学者，他们糅合了信息学科的思维，发明者了基因测序的新方法。
日前，一篇取名为《基于信息理论来修正错误的高准确度荧光产生DNA测序方法》的论文在《大自然·生物技术》上在线公开发表。研究者来自北京大学黄岩谊教授率领的团队。
“这个设计很精妙，”东南大学教授陆祖宏说道，“也许在信息科学里是‘小伎俩’，但在生物学研究中是一种思维方式的突破，而且奏效了。”测序精准是“王道”和体育界的“更加慢、更高、更加近”类似于，基因测序界的“金标准”是“更加慢、更长、更加准确、还不贵”。大名鼎鼎的“人类基因组计划”基于1代测序技术，耗时十余年测得一套原始的人类基因组密码，而利用现有的2代测序技术，这个时间可以延长到半天内。
“2代测序技术，又叫高通量测序技术，”陆祖宏讲解，它需要在一个生物芯片上一次已完成上亿个反应。“每个反应一次测量一个碱基。”生物芯片上的反应单元十分小，几平方微米的芯片上不会包括1000个待测DNA单链分子，在DNA聚合酶（促使单个碱基单体）的起到下，单个碱基不会按照筛选规律制备有数DNA分子的互补链，每次制备一个，同时释放出来荧光。
有所不同的碱基（A、T、C、G）具有有所不同的荧光，检测到荧光的有所不同就能辨别是什么碱基，进而加载DNA。然而，每个单元中1000个分子的制备很难实时，“这个分子制备到99个时，那个分子有可能制备到101个，这样捕捉到的荧光波长将不会有所差异，可信度明显上升，”陆祖宏说道，因此，2代基因测序仪的单次“读长”目前的无限大在200个碱基对（bp）。
通过DNA二端测序能做400个bp，但很难进一步提高。读书得越宽，测得序列的正确性就不会就越较低。
在人体基因测序领域，这是一对相差悬殊的数字：30亿、200。前者是人类基因组的碱基对数量，后者是目前测序准确度最低（99%）的2代基因测序仪的单次“读长”。可见以200为单位已完成目标DNA的测序，不可避免不会导致大量的误差。
测序技术正在向着符合“金标准”的路上大大前进，而此次我国学者公开发表的ECC（数据流编码）测序法正是对现有手段的校正和补足。“软件推论”调补硬件严重不足生物学的研究方法仍然是所见即所得，这次引进了信息论的方法，利用校验信息、通过计算出来得出结论精确结论，陆祖宏指出，ECC测序法是对上面提及的2代测序方法的完备，其基本原理与2代测序方法相符，令人推崇的是其超越思维定势，包抄计算出来出有碱基信息。打个比方，要答案“甲乙丙丁分别住在哪个房子里，”之前的方式是必要门口看，ECC是通过测量获得一组逻辑题，诸如红房子在蓝房子的右边，红房子的左边；朱房子的主人来自香港，而且他的房子不出最左边，爱吃比萨的人住在爱喝矿泉水的人的隔壁……等等提醒，通过计算出来最后辨别出有结论。
“之前一个一个测，现在是一群一群测，每次取样量一样，但是取样方法有所不同了，单次看取得的信息更加多，”陆祖宏说道，校验信息可以相校验，将“精准”的希望更好地让“软件推论”去分担，填补酶的皆一性、信号捕猎等硬件上无法防止的严重不足。资料表明，ECC编码和解码策略已被广泛应用在信息通讯和存储等其他领域中，并被证实可以有效地检测和缺失数据传输或存储时再次发生的错误。
此次研究团队在测序技术中首次引进ECC，并自律制备了低错误率的荧光再次发生底物，二者融合在实验室搭起的原理样机上取得了单端测序多达200碱基读长无错误的实验结果。
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