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三代定序平台介紹

我們來看一看三代定序目前的發展,其實了解定序發展動向,會讓我們對後續定序研究能有更好掌握性,比如成本、通量及技術優劣勢等,使未來研究有更好的選擇。

以PacBio公司的SMRT和Oxford Nanopore Technologies奈米孔單分子定序技術,還有 Direct Genomics的Helicos 技術,被稱之為第三代定序技術。三代定序最大的特點是能夠一次對一條DNA分子進行單分子定序,無需擴增。

Pacific Bioscience定序儀

從2011年Pacific Bioscience推出三代定序儀後,在通量和錯誤率上經過不斷改進後商業化的定序儀有RS II和sequel,sequel是RS II的升級版,具有體積小,成本低,通量高等特點,主要應用於微生物全基因組、輔助二代拼接和全長轉錄組等,定序儀以SMRT晶片為定序載體,基於邊合成邊定序的原理,DNA聚合酶和模板結合,4色熒光標記4種鹼基會發出不同光,根據光的波長與峰值可判斷進入的鹼基類型。

PacBio_platform.png

技術規格如下:

ngs_tech_par.png



Oxford Nanopore定序儀

最近飛到外太空的定序儀大家知道是哪個平台嗎?沒錯,就是Oxford Nanopore的MinION定序儀,它以體積小,像隨身碟般大小、攜帶方便著稱,目前主要有MinION、GridION和PromethION這三款定序儀,主要應用於臨床上的細菌鑑定、傳染病診斷和耐藥性檢測等領域,與以往的定序技術皆不同,它是基於電信號而不是光信號的定序技術,當DNA鹼基通過奈米孔時,它們使電荷發生變化,從而短暫地影響流過納米孔的電流強度(每種​​鹼基所影響的電流變化幅度是不同的),從而鑑定鹼基種類。

Oxford_Nanopore.png 


技術規格如下:

Oxford_tech_par.png



Direct Genomics定序儀

2015年10月27日,瀚海基因(Direct Genomics)公佈了基於Helicos技術研發的專門用於臨床的第三代單分子定序儀GenoCare樣機,是世界上首個完全為臨床設計的單分子定序儀,可以直接從患者的血液或組織樣本中測出DNA和RNA序列,單分子定序、成本低、準確率高、週期短,和上兩個三代定序儀不同的是讀長短,完全滿足臨床應用。


三代定序優勢 

1、定序速度快,一秒可以測10個鹼基,定序速度是化學法定序的2萬倍。

2、讀長較長(除了Direct Genomics),節省拼接成本,這為基因組的重複序列的拼接提供了非常好的條件。

3、直接對原始DNA樣本進行定序,避免了PCR 擴增出現的錯誤率及偏好性。

4、直接測RNA的序列,大大降低體外逆轉錄產生的系統誤差,節約成本。

5、直接測甲基化的DNA序列,正常的C或者甲基化的C為模板,DNA聚合酶停頓的時間不同,根據這個不同的時間,可以判斷模板的C是否甲基化,拓展了定序技術的應用領域。


三代定序劣勢

1、相比於二代(錯誤率低於1%),三代定序技術目前的錯誤率還是較高,在15%-40%,但是三代的錯誤是完全隨機發生的,可以通過增加覆蓋度來避免。

2、成本較高,二代定序成本是每100萬個鹼基0.05-0.15美元,三代定序成本是每100萬個鹼基0.33-1.00美元。

3、通量小,illumina Hiseq系列儀器最大通量為1.8T,現在應用的三代定序儀通量在200G。


目前,三代定序儀器逐步實現了穩定性、小型化,價格也在不斷下降,分析軟體也不斷改進與增多,相信隨著準確度提升、通量不斷加大,技術會越來越成熟,應用領域也將不斷擴大,三代定序技術是未來的發展趨勢,實現大規模商業化將是大勢所趨。


圖爾思生物科技 / 諾禾致源文案

(插圖來源於網路,侵刪)
 

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