编者按:关于NGS相关项目研究的现状,饶毅老师的评价是研究的科学问题一般,基本不解决科学问题,也不解决应用问题,以堆砌数据为己任,评价华大为“自带干粮的国际民工”。所以连饶毅老师都惊叹高通量测序仪的数据产出能力,所以接下来几期就从测序发展史、测序原理和文库构建等方面介绍一下“民工的宠儿”。
1990年人类基因组计划的正式启动,一项预算高达30亿美元的超级工程极大地刺激了测序行业的发展。20世纪90年代中后期陆续出现了几种新的DNA测序方法,并于2005年在商业DNA测序仪上实现。这些方法统称为“下一代”测序方法(NGS),区别于桑格测序,NGS测序方法最大的特征是可并行且高通量的。
测序技术发展
- Helicos成立于2003年(破产后被贺建奎的瀚海基因收购,现改名真迈基因)
- NanoFluidics(Pacbio)成立于2004年
- Complete Genomics成立于2005年(后被华大收购,发展为现在的MGI测序仪)
- Solexa反向收购 Lynx Therapeutics,在2005年上市(后被illumina收购)
- Oxford Nanopore成立于2005年
- SOLID独立运营于2005年
- Ion Torrent成立于2007年
从时间线上可以发现,我们口中的二代测序和三代测序是交叉发展的,所以二代测序、三代测序这种分类方法并不科学,甚至还带有一些误导性。一些刚刚接触测序的人通常认为三代测序才是最先进的,因为目前这种分类方法的始作俑者就是代理Pacbio和Nanopore业务的商业公司。
测序仪根据其核心分类标准可分为三大类:双脱氧末端终止法测序仪、大规模平行测序仪、单分子测序仪
在应用方面,Sanger测序作为基因测序的“金标准”在功能实验中起着不可替代的作用;NGS测序领域呈现一超多强的局面,针对illumina特殊的建库方法延伸出了各类捕获和靶向测序技术;单分子测序摆脱了“马拉松效应”的桎梏,在读长上展现了其独特的优势,成为基因组测序的必需品。
所以现在形成了一种生态,各项测序技术应用方向各有侧重,技术上形成互补,单分子测序更多用于发现未知,基于发现的知识,短读长更多用来辅助检测和靶向检测。目前没有一项测序技术可以解决所有问题、满足所有市场需求,这或许也是因为还没有一种成熟的“完美”测序技术出现吧。如果非要硬性评价一台测序仪,可以从准确性、长度、效率、价格这几个方面进行评价
自2005年第一台测序仪出现到2007年各大厂商逐鹿中原,到如今illumina独占鳌头,抛开商业上的原因,illumina在所有性能方面并不是最优秀的,但是它的综合表现却是最好的。
所以一项技术走向应用,简单化和傻瓜化才是取胜之道,期待未来的测序仪能像PCR仪那样,做到极简且极速。
附实验室测序仪:
HiSeq3000测序仪
HiSeq2500测序仪
MiSeq测序仪
ONT测序仪
ONT测序仪
华大基因测序仪
参考文献:
DNA sequencing - Wikipedia (jinzhao.wiki)
Third-generation sequencing - Wikipedia (jinzhao.wiki)
"Genome sequencing: the third generation". Nature News. 457 (7231): 768–769. doi:10.1038/news.2009.86
"Real-time DNA sequencing using detection of pyrophosphate release". Analytical Biochemistry. 242 (1): 84–89. doi:10.1006/abio.1996.0432