浅谈高通量测序

导读

“高通量测序”一词我想医药圈大部分人都不会感到陌生，因为现如今它算得上是一个超级“网红”，你知道多少关于高通量测序的知识呢？今天，诺诺将带您走进高通量测序的世界。

高通量测序又称为下一代测序(NGS），相对第一代Sanger测序而言，也叫二代测序，顾名思义，它能一次并行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定，具有多（通量高）、快（检测速度快）、好（灵活多用）、省（成本低）等优，不足之处是读长受限，但它依然是目前商业测序的主流。

首先，我们来了解一下测序的发展史。

自DNA被证明是生命体的遗传物质以来，科学家们对DNA的探索热情愈加高涨。1953年沃森和克里克发现DNA分子双螺旋结构，让人类对生命的认识有了重大的突破，从而带动了DNA测序技术的大发展。从1977年第一代测序技术（Sanger法）到2005年Roche公司推出第一台基于焦磷酸测序的二代测序仪开始，到2017年Illumina推出NovaSeqTM系列,再到2018年华大基因发布MGISEQ-T7超高通量测序仪，测序技术经历了近四十年的技术发展过程，高通量测序平台也经历了一系列的收购和合并，目前市场主要的高通量测序公司包括 Illumina，Thermo Scientific(2014年收购Life)和华大基因（2013年收购CG）。

接着，诺诺将简单介绍一下各个测序平台的理。

Illumina采用边合成边测序（Sequencing By Synthesis）的方法，测序时将基因组DNA的随机片段附着到光学透明的玻璃表面（即Flow cell），这些DNA片段经过延伸和桥式PCR扩增后，在Flow cell上形成了数以亿计的Cluster，每个Cluster是具有数千份相同模板的单分子簇。然后利用带荧光基团的四种特殊脱氧核糖核苷酸，通过可逆性终止的SBS技术对待测的模板DNA进行测序。

桥式扩增技术示意图

Thermo Scientific主要有Ion PGMTM和Ion Proton两个平台，其中 Ion PGMTM可配合使用不同的芯片，满足不同的通量需求。其测序是基于半导体测序理，使用一种布满小孔的高密度半导体芯片，每一个小孔就是一个测序反应池，当一个被单克隆序列覆盖的磁珠进入小孔后，开始测序反应，按照顺序依次流经四种碱基，当发生碱基插入时，便有H+离子的释放，从而引起小池内PH的变化，PH的变化被反应池下面的感应器所感应，把化学号直接转化为数字号，从而读取DNA序列。

半导体测序示意图

华大基因采用DNA纳米球（DNA Nanoball,DNB) 以及联合探针锚定聚合测序（cPAS)技术，使用一种经过特殊表面修饰的规则阵列芯片，每个修饰位固定一个DNA纳米球，阵列芯片修饰位的间距均一，可保证不同纳米球的光号不会互相干扰，从而大幅度提高号处理的准确性。主要机型有MGISEQ-200、MGISEQ-500、MGISEQ-2000和MGISEQ-T7。

  DNA纳米球技术示意图

最后，诺诺给大家讲一讲高通量测序在各个领域的应用。

NGS最先应用于科研领域，不仅可以进行大规模的基因组测序，还可用于基因表达分析、转录分析以及DNA甲基化等相关研究。而在临床领域，最为成功的非无创产前检测（NIPT）莫属；NGS还可通过分析肿瘤细胞中的基因变异，为肿瘤的靶向治疗提供依据，并进行预后评价、复发监控等。此外，NGS还在临床药物基因组学、病微生物的快速鉴定、胚胎植入前筛和诊断等领域发挥着不可替代的作用。来源：成都诺森医学检验实验室

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