除了了基因测序还能干甚么？揭秘下一代测序于生物医疗范畴的其他运用

今朝的下一代基因测序（NGS）市场，Illumina继承独有鳌头。自从推出HiSeq X测序平台以来，年夜幅度降低了基因测序的成本，纵然是研究级全基因组测序的成本始终不变于1000美元摆布。

作者： 年夜康健派编纂来历： 本站原创2016-10-15 18:33:08

今朝的下一代基因测序（NGS）市场，Illumina继承独有鳌头。自从推出HiSeq X测序平台以来，年夜幅度降低了基因测序的成本，纵然是研究级全基因组测序的成本始终不变于1000美元摆布。至此之后，这一程度的独一竞争敌手 华年夜基因的Revolocity测序仪也显患上费力。这也惹起了很多研究职员预测，久而久之会致使这一范畴缺少竞争力，致使NGS的成长（至少于短链浏览研究上）十分迟缓。但使人欣慰的是，NGS于其他范畴的运用成长也十分迅速。

近日，Genetic Engineering Biotechnology News对于这些范畴做了一次盘货。

NGS于长链浏览范畴有伟大的进展，展现了基因组合转录的繁杂性。于基因组的阐发历程中，重要的问题是处置惩罚反复序列的DNA.假如序列反复的长度要善于基本浏览的长度，那末实现参考基因组的独一映照就会变患上很坚苦，以至是不成能。

无独占偶，基因转录的阐发历程也面对一样的应战。 年夜大都基因包罗了多个外显子，甚至在mRNA的长度比浏览规模的长度要长。 Personalized Healthcare 的Brenton Gravely玻士暗示： 是以，哄骗长链浏览来正确无误的相识特定样品中存于哪种异构体，是不太可能的。

Oxford Nanopore是一家备受存眷基因测序公司。去年春季，Oxford Nanopore率先推出了基在纳米孔技能的测序仪MinION.只管 厥后Oxford Nanopore推延了正式发布的时间，但公司已经经确凿将它的技能推广到公共。今朝，跨越1000家研究团队使用是MinION测序仪。

于最第一版本发布一年以内，经由过程对于酶化学以及纳米孔设计的一系列革新，MinION的出产量从有余1亿增加至跨越10亿。从品质，产量以及成原来看，MinION与Illumina还存于必然差距，但 Oxford Nanopore 的仪器却于两方面据有上风：浏览长度以及可挪动性。

于使用者的陈诉中反馈出，成千数万次浏览中的平均长度跨越了10万。DNA的输入品质以及准备存储好像是限定浏览长度的独一真实的要素。也就是说，假如满意了输入品质以及准备存储，就可以延伸浏览长度。

同时，MinION照旧一款可手持的测序仪，以至可以于野外完成数据网络，不需要将处置惩罚后的样品带回试验室再举行阐发。一最先，数据品质远远低在Illumina，但颠末革新，数据品质已经经年夜幅提高。最新的R9 主打快捷模式，于抱负情况下，测试的精度已经经上升到95%.

承平洋生物是长链浏览测序的带领者，最近几年也是结果颇丰。去年美国人类遗传学会上，公司宣布了一个新的平台 Sequel.这个平台是与罗氏互助开发的结果，比拟以前的RS II，于方方面面都有晋升。

与RS II比拟，Sequel的输出率更年夜，所占空间不到以前2/3，成本也只需要以前的一半。始终以来，承平洋生物科学公司都但愿平台可以或许充实哄骗，解决化学以及供给问题，出格是对于可消费的SMRT（single molecule， real time）细胞。今朝，这两个问题好像都患上以解决，公司正于等候第一批客户天生的数据反馈。

除了了以上两家，行业内有影响力的另有GemCode的10X Genomics，可以从底层短链浏览数据天生毗连。只管这项技能还存于一些瑕疵，好比对于在善于底层短链浏览的反复片断作用不年夜。但今朝平台运作精良，本年早些时辰还与Illumina 签署了结合营销和谈，假如 Illumina的Moleculo synthetic长链浏览技能阑珊，则和谈最先生效。

只管有所前进，但长链浏览技能，出格是基因转录测序，仍有问题仍急需解决。 而此中一个问题就是今朝这些平台的吞吐量，但更年夜的问题是，逆转录酶的间断性还不敷。 Gravely玻士注释道： 于RNA间接测序中，机能优胜的逆转录酶可以带来很年夜的转变。

令转录研究职员高兴的是，Oxford Nanopore于近来揭晓的一篇论文中注解，他们正着手推出哄骗MinION 间接测序RNA的贸易试剂盒。

另外一个运用就是单细胞基因组学。到今朝为止，所有NGS工程（只要少少数破例）都是于混淆细胞中举行的，即从上千以致上万个细胞中对于单个细胞举行测序。假如所有的细胞都是彻底匀称的，那末所有细胞可作为正常环境下的体细胞基因组，这其实不是一个问题。然而，很多运用步伐中，其实不是所有的细胞都是彻底匀称的，需要集中搜集遴选要害信息。

例如，肿瘤活检就极富异质性，包罗了体细胞以及癌细胞。不只云云，纵然是统一个肿瘤的癌细胞也可能有差别的基因组。会聚多个细胞，就会孕育发生一个混淆的基因组库，加年夜相识释以及阐发的难度。今朝的研究程度，只要小部门的细胞变迁是可以纰漏不计的。

一最先，研究职员采纳的计谋是测验考试于活检构造内部的几个差别之处，别离采纳几个单细胞举行丈量。假如堆集了充足多的个别丈量，那末就能够成立一个周全的肿瘤基因组视图。

另外一个要领就是单细胞路子。转录组是高度可变的细胞，将细胞堆积起来可以袒护基因表达模式的潜于变异。

就于几年前，上百个单细胞的转录学阐发可能破费年夜量的时间以及资源。 基因组学科学家Richard Shen近来脱离了Illumina跳槽到RS技能公司，他提到： 此刻，跟着简朴易用的NGS文库技能的成长，年夜年夜降低了开发成本，阐发上千个单细胞不只成为实际，并且所阐发获得的数据于很多运用中也显示了价值。

对于在单细胞库的制备，很多平台均可以实现：Fluidigm的C1，可以同时处置惩罚800个细胞；Chromium的10X Genomics，更是可同时处置惩罚多达48000个细胞。如许的处置惩罚威力，其实不是每一个研究职员的目的，Gravely 指出： 一些平台或者者便宜装备的吞吐量长短常让人高兴的，咱们所但愿看到的是叠加效果，好比像holy grai如许的单细胞长链浏览测序仪。

一样吸惹人留意运用就是癌症诊断的液体活检。某种水平上，NGS于肿瘤活检范畴的运用于正愈来愈普及。Foundation医学的FoundationOne测试就是最佳的例子。一个由315种相干癌症基因的标志组合成的单一测试面板。这些基本面板测试代替了传统的单一基因测试。

癌症诊断也于从肿瘤构造活检向液体活检偏移。差别在从肿瘤上切片提取DNA，癌症液体活检从轮回肿瘤细胞（CTCs）或者者患者血液中游离细胞中提取游离DNA（cfDNA）。就今朝来看，因为提供了很多解刨以及细胞布局的信息，肿瘤构造活检暂时不会消散，可是很多液体活检的研究职员暗示，液体活检具备更多功效性。

从癌症筛查的角度来看，液体活检更具备吸引力，由于他们不单更简朴正确，并且可以举行癌症以前的通例查抄。 Freenome结合首创人兼首席履行官 Gabriel Otte暗示： 从预防以及确诊病人的检测来看，液体活检一样具备上风，尤为是那些跨越30%由于各类缘故原由不合适侵入性活检的病例。

作为一个热点的新范畴，一些新兴企业正迅速发展，更多的至公司正于改进以占取重大且不停增加的市场。

早于2014年，Guardant Health声称他们是第一个走向市场的液体活检企业。这一诊断被称为Guardant360.Freenome采纳了差别的手腕，经由过程测试癌症全基因组来实现癌症诊断。 咱们依赖咱们的深度进修。 Otte暗示： 为了做出正确的癌症检测，咱们按照最相干的特定区域对于做出了特定的分区。

Illumina的测序技能已经经被年夜大都公司哄骗，于这场竞技中，也推出本身的液体活检公司 Grail.或许是为了不与本身的客户呈现间接竞争，Illumina暗示将重要缭绕前期筛选，这个没有其他公司存眷，且更具应战性的使命。

跟着液体活检的呈现，监测研究性实验中肿瘤患者的反应，和适量的样品跟踪已经经变患上愈来愈主要。这一历程，至少需要阐发3种样品：肿瘤构造，一般构造以及轮回游离DNA.

当测序于的方针较年夜，好比对于全基因组举行排序时，遗传指纹是可以被确定的，甚至在于数据阐发历程中样本可以举行适量的婚配。然而，Swift Biosciences生物学家Drew McUsic玻士暗示，当测序方针较小时，遗传指纹不克不及孕育发生。

直到此刻，研究职员仍哄骗单核苷酸的多样性与LIMS体系摆列配对于来准确跟踪样本。 McUsic玻士指出： 这些要领依靠在对于多个样本的准确标志，和数据文件与质料的切确婚配。

为了寻觅更切确的样本辨认要领，Swift生物科技开发了一款Accel-Amplicon？ Sample_ID 面板。遗传指纹由104个外显子以及性别特同性扩增子提供，作为低比例spike-in（待测样品中插hth手尺度样，以检测你于试验操作历程中的样品丧失），增添到肆意一个Swift增扩平台，例如 Accel-Amplicon 56G Oncology Panel v2.McUsic玻士还增补到： 从浅近的生殖测序到到深度笼罩性体细胞突变检测均可以使用如许的技能。

该技能不只提供了一个有用的，单管检测阐发肿瘤标本的体细胞突变，同时于不异的测叙文件内孕育发生基因指纹。他继承说道，跟着愈来愈多的工程被设计运用到跟踪肿瘤患者的反映率，于这些纵向研究将选择适合的标本跟踪东西将显患上愈来愈主要。

今朝来看，Illumina将继承据有市场主导职位地方和短链浏览的高通量，但其他公司也于其他范畴追求前进。Oxford Nanopore公布了很多行将睁开的研究，包孕高通量的纳米孔测序仪PromethION.该公司声称，他的吞吐量将可以或许与Illumina的 HiSeq X竞争。公司还就 两台主动化样品仪器VolTRAX以及 Zumbador睁开会商，包管将来DNA测序的全方位简化。

承平洋生物的 Sequel 平台也无望被迅速接纳。它可能带来测序成本的降低，升值可能赶超Illumina.可以必定的是，跟着使用的简化以及成本的削减，NGS临床使用的障碍将获得改良。

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