前言

在基因组学和生命科学领域，追求知识的旅程不断演变，由揭示DNA和RNA奥秘的技术创新推动。我们熟知的两大测序技术——PacBio和Nanopore，正位于这一领域的前沿。这些由 Pacific Biosciences 和 Oxford Nanopore Technologies 分别开发的先进仪器，开启了基因组探索的新纪元。但这两种技术有何不同呢？本文将简单理解PacBio与Nanopore，剖析它们在解码生命蓝图和照亮遗传景观中的角色。

PacBio测序：长读长的交响乐

PacBio 引入了一种革命性的方法，即 Single Molecule Real-Time (SMRT) 技术。PacBio 测序仪生成了长读长数据，能够捕获整个长度的 DNA 分子，且具有卓越的准确，它通过合成测序（sequencing-by-synthesis）策略，在DNA复制过程中捕获序列信息。SMRTbell是SMRT-Seq技术中的模板DNA，是一种通过将发夹接头连接到双链DNA分子两端形成的封闭单链环状DNA。SMRTbell随后加载到一个名为SMRT细胞的特制芯片上，该芯片包含众多称为零模波导（ZMWs）的测序单元。在这些单元中，荧光光发射用于检测DNA聚合酶逐个添加的单核苷酸。SMRT-Seq可以生成高质量的单分子一致性序列，包括cDNA、扩增子和连续的序列读取，平均读长为10-15 kbp。

这一独特能力让研究人员能够跨越复杂的基因组区域，解析重复序列，揭示以前难以捉摸的结构变异。PacBio 测序的魅力在于生成数千个核苷酸跨度的读长，全面展现基因组、转录组和表观基因组的图景。这种高保真测序技术特别适用于 de novo 基因组组装、单倍型分相和表观遗传修改等应用。PacBio 仪器在生成长读长方面的卓越能力，为基因、调控元素和遗传变异的复杂细节提供了丰富的见解。长读长和高度连续的组装使其非常适合基因组（如de novo组装、结构变异发现）、转录组（如基因异构体重建、新异构体发现）和表观遗传研究。

Nanopore测序：实时分析的交响乐

Oxford Nanopore Technologies 引领了实时测序的新纪元，其 Nanopore 仪器基于完全不同的原理运行。单链 DNA 或 RNA 分子穿过纳米孔，记录核苷酸通过孔时的电流变化。这种实时分析为 DNA 或 RNA 序列提供了独特的指纹，使得对遗传密码的即时洞察成为可能。利用每个核苷酸具有不同大小和电学特性的基本原理。PromethION（以及其他纳米孔测序仪，如MinION和GridION）通过测量碱基通过膜时的特征电流变化，来直接测序单链DNA或RNA分子。此技术使用一个连接模板和其互补链的发夹接头，与PacBio的环形模板类似。当模板分子快速通过纳米孔时，读取往往具有较高的错误率，但通过读取两个链可以减少错误。PromethION包含48个可单独或并行运行的流动单元，每个单元包含3000个通道，每个通道可以产生高达40 Gb的数据。纳米孔测序仪提供实时、长读长和直接DNA及RNA测序，并且能够在更大规模的情况下进行测序，且具有成本效益和便携性。

Nanopore测序的显著特点是其便携性和多功能性。手持式 MinION 设备使研究人员能够在传统实验室之外进行测序实验，实现对传染病爆发、环境研究，甚至太空任务的实时监测。高通量版本 PromethION 则提升了测序能力，适用于大规模项目，如全基因组测序和宏基因组学。

PacBio vs. Nanopore：对比奏鸣曲

在PacBio与Nanopore的对比奏鸣曲中，我们揭示它们的独特特征、优势和应用场景。

读长：测序技术的交响乐

PacBio: PacBio 的创新核心在于 Single Molecule Real-Time (SMRT) 技术，生成数千到数万碱基对的长读长，帮助研究人员解析复杂基因组区域和结构变异。这种延长的读长在de novo基因组组装等应用中尤为宝贵。
Nanopore: Nanopore 测序也能生成长读长。其鲜明特点在于其实时分析，提供了动态信息，捕捉修饰和结构变异的实时出现。

实时分析：Nanopore 的华彩乐章

PacBio: 虽然 PacBio 的长读长提供了详细见解，但 SMRT 技术不具备对单个读长的实时分析，需经过后续处理来生成准确的共识序列。
Nanopore: Oxford Nanopore Technologies 革命性地实现了实时分析，纳米孔技术通过记录核苷酸穿过纳米孔的瞬时电流信号，直接生成序列，呈现令人耳目一新的实时测序体验。

通量：平衡交响乐与规模

PacBio: PacBio 仪器可能显示较低的通量，这是以其读长的精度和长度为代价的。然而，PacBio读长的优异质量与需要详细基因组区域见解的应用非常契合。
Nanopore: Nanopore 通过其各种设备支持不同规模的需求。便携式 MinION 以其便携性著称，可进行现场测序，而 PromethION 适用于高通量项目。这种多样性使研究人员能够根据科学需求选择适合的测序方法。

样本制备：精简序曲

PacBio: PacBio 测序的样本制备较为复杂和资源密集，包括文库构建和扩增以获得足够的 DNA 用于测序。
Nanopore: Nanopore 测序简化了样本制备，允许直接测序原生 DNA 或 RNA 分子，最少的扩增步骤加快了测序前的准备过程。

准确性：和谐的精准度

PacBio: PacBio 的单分子方法带来了高准确性，特别是在长读长方面。对同一 DNA 分子的多次读取进一步提升了共识准确性，确保了基因组解释的可靠性。

Nanopore: 虽然 Nanopore 原始读长的初始准确性较低，但先进的基因组解读算法已显著提高准确性。近期的发展已提升了 Nanopore 的精确度，使其适用于从基因组组装到检测表观遗传修饰的多种应用。最近的技术已经实现精准度的大幅提升

导航选择的交响乐

在基因组学的交响乐中，选择 PacBio 或 Nanopore 仪器需要根据研究目标、样本类型和预算进行协奏。PacBio 生成长且准确的读长，对于解析复杂基因特征、揭示结构变异和表观遗传修改极其重要。而Nanopore的实时分析和便携性则帮助研究人员探索动态过程，进行现场测序和之前受限于实验室基础设施的现场研究。

研究人员在选择 PacBio 和 Nanopore 之间时，将根据科学探究的需求，协调出独特的基因探索乐章。这一决定是科学调查的动态选择，从复杂生物体基因组解读到微生物群落的监控，跨越了科学探索的广泛领域。通过选择合适的仪器，研究人员打开了基因洞察的领域，塑造了我们对生命复杂性理解的图景。

持续的协奏曲：进步与未来的和谐

PacBio 和 Nanopore 的旅程是以技术进步和变革创新为标志的持续协奏曲。两种技术都有望继续发展，解决挑战，扩展基因组研究的视野。对更长读长、更高准确性和实时洞察的不断追求，推动这些仪器的卓越表现，预示着更深刻的基因探索未来。
随着基因组学景观的演变，PacBio 和 Nanopore 之间的和谐交响将持续回响于医学、农业、保护和进化生物学等领域。每一音符的演奏，研究人员开启了基因组学交响乐的新乐章，解开生命蓝图的奥秘，在科学发现的画卷上留下不可磨灭的印记。