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桑格測序的起源：為何這項技術能改變DNA研究的歷史？
1977年，英國科學家弗雷德里克·桑格及其同事首先發表了以其名字命名的桑格測序法，這一方法迅速徹底改變了基因組學和分子生物學的領域，成為20世紀末最為常用的DNA測序技術之一。在桑格測序方法的影響下，科學家們能夠以前所未有的精確度和速度來解讀DNA的奧秘。
桑格測序的基礎在於隨機融合鏈終止的二脫氧核苷酸（ddNTP），這在體外DNA複製過程中發生，從而實現了DNA序列的解析。
桑格測序的關鍵技術是電泳技術，這使得科學家能夠從複雜的DNA樣本中分離出不同長度的DNA片段。這一過程通常需要單鏈DNA模板，一組DNA引物，以及四種正常的去氧核糖核苷酸（dNTP）和四種標記的二脫氧核苷酸（ddNTP）。這些ddNTP可以被放射性或螢光標記，以便在自動化測序儀器中進行檢測。
這項技術的發展並不僅止於理論上的創新。隨著1987年第一台商業化的自動化設備的推出，隨後又出現了更高效率的自動毛細管陣列電泳技術，讓桑格測序迅速進入了各個實驗室。隨著數位化和自動化的推進，這項技術得以在近幾十年間迅速普及。
儘管隨著下一代測序技術的興起，桑格測序在大規模基因組分析中的角色減少，但其在小型項目和深度測序結果的驗證中仍然佔有一席之地。
目前，桑格測序仍然被廣泛應用於公共衛生領域，例如CDC的CaliciNet網絡對諾如病毒疫情進行監測的工作。在和COVID-19疫情抗爭的過程中，這項技術也展現了其強大的生命力，通過對SARS-CoV-2的相關基因進行快速和準確的測序，提供了寶貴的數據來應對公共衛生危機。
技術原理及其變化
桑格測序法本質上是一種鏈終止法。在進行測序時，DNA模板被分割為四個獨立的反應，每個反應中添加四種基本的去氧核糖核苷酸之外，僅加入一種標記的二脫氧核苷酸。這些鏈終止的ddNTP缺少形成磷酸二酯鍵所需的3'-OH基團，使得DNA聚合酶會在製程中止。
發光的ddNTP的引入，使得不同長度的DNA片段能夠在一個電泳槽中進行測定，無需批次進行多個反應，從而提高了測序效率。
隨著技術的不斷進步，Dye-terminator測序成為了自動化測序的主流。這種方法的主要優勢在於其對反應的自動化程度提高，減少了人力需求，並且使用一種反應即可完成測序，儘可能縮短了樣本處理時間。然而，這也導致了某些缺點，例如螢光染料的不均勻分佈可能造成電泳圖譜中的峰高不一，影響結果的準確度。
當前挑戰情況
雖然桑格測序在歷史上取得了巨大的成功，但仍然存在一些挑戰。例如，測序尾部的質量常常不佳，尤其是第一段序列，還可能因爲克隆向量的影響而導致測序片段中出現不必要的序列。此外，對於特定基因的快速高效測序需求驅使科學家尋求一體化的解決方案，如一體化的微流控技術。
微流控桑格測序技術將對傳統的測序步驟進行集成，這一創新希望能提高測序的質量和效率，並減少昂貴試劑的使用及實驗人員的工作量。
在這一背景下，科學家對新技術的需求越來越迫切。隨著高通量測序技術的興起，桑格測序的地位受到了挑戰，但其在特定場景下的應用仍然不容忽視。無論如何，桑格測序的出現無疑是對DNA測序歷史的一次重大改革，這一技術的優勢在許多方面仍保持獨特性。
在這樣的背景下，桑格測序在未來數據科學和公共衛生研究中的角色會如何演變？
