
核心技術(shù)
華大智造基因測(cè)序儀采用先進(jìn)的DNBSEQ?核心技術(shù),通過(guò)儀器氣液系統(tǒng)先將DNA納米球(DNA nanoball, DNB)泵入到規(guī)則陣列載片(Patterned Array)并加以固定,然后再將測(cè)序模板及測(cè)序試劑泵入。泵入后的測(cè)序模板與載片上的DNB的接頭互補(bǔ)雜交,在DNA聚合酶的催化下,測(cè)序模板與測(cè)序試劑中的帶熒光標(biāo)記的探針相結(jié)合。接下來(lái),通過(guò)激發(fā)熒光基團(tuán)發(fā)光,不同熒光基團(tuán)所發(fā)射的光信號(hào)被儀器相機(jī)采集,經(jīng)過(guò)處理后可轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行再次處理,最終獲取待測(cè)樣本的堿基序列信息。
所有跟DNB相關(guān)的測(cè)序技術(shù)都屬于DNBSEQ?。DNBSEQ?測(cè)序技術(shù)主要包括:DNA單鏈環(huán)化和DNB制備(Make DNB),規(guī)則陣列(Patterned Array),DNB 加載(Load DNB), cPAS (combinatorial Probe Anchor Synthesis,聯(lián)合探針錨定聚合測(cè)序法),雙端測(cè)序技術(shù)(Pair-end),以及配套的流體和光學(xué)檢測(cè)技術(shù)、堿基識(shí)別(Basecall)算法等。
與其他測(cè)序技術(shù)相比, DNBSEQ?測(cè)序技術(shù)具有滾環(huán)復(fù)制擴(kuò)增帶來(lái)的錯(cuò)誤累積低和規(guī)則陣列載片帶來(lái)的信號(hào)密度高等原理性優(yōu)勢(shì),大幅提高了測(cè)序準(zhǔn)確性;而且,基于DNBSEQ?測(cè)序平臺(tái)的產(chǎn)出數(shù)據(jù)重復(fù)序列率低(Dup率低)、有效數(shù)據(jù)利用率高、標(biāo)簽跳躍少(Index Hopping少),能有效降低“張冠李戴”的情況。此外,結(jié)合PCR free等建庫(kù)方法,DNBSEQ?測(cè)序平臺(tái)擁有更好的SNP和InDel準(zhǔn)確性。

DNB制備技術(shù)
DNB制備
規(guī)則陣列載片和DNB加載
規(guī)則陣列載片
DNB加載

在DNA聚合酶的催化下,將測(cè)序引物錨定分子和熒光探針在DNB上進(jìn)行聚合,洗脫掉未結(jié)合的探針后,在激光的作用下熒光信號(hào)被激發(fā),隨后利用高分辨率成像系統(tǒng)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行采集、讀取和識(shí)別,從而獲得當(dāng)前待測(cè)堿基的序列信息,然后加入再生洗脫試劑,去除熒光基團(tuán),進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)的檢測(cè)。
華大智造優(yōu)化了大量的反應(yīng)條件,從上萬(wàn)個(gè)酶突變體中篩選得到最優(yōu)秀的測(cè)序酶,使生化反應(yīng)時(shí)間可以縮短到1分鐘以內(nèi)。

在完成一鏈測(cè)序后,加入具有鏈置換功能的DNA聚合酶進(jìn)行DNA二鏈合成反應(yīng),在持續(xù)的延伸過(guò)程中,當(dāng)遇到雙鏈結(jié)構(gòu)的時(shí)候,在DNA聚合酶的解旋作用下,完成邊解旋邊復(fù)制的反應(yīng),形成大量的單鏈DNA作為二鏈測(cè)序的模板(圖5-中),然后雜交二鏈測(cè)序引物,開始二鏈的cPAS測(cè)序。
利用DNA聚合酶的鏈置換特性,實(shí)現(xiàn)了DNB的雙端測(cè)序,而且重新合成的二鏈拷貝數(shù)更多,能夠獲得更強(qiáng)的熒光信號(hào),有效的提高了測(cè)序的準(zhǔn)確性。

旨在根據(jù)各個(gè)通道的光信號(hào)強(qiáng)度完成堿基識(shí)別并計(jì)算每個(gè)堿基的質(zhì)量得分。通過(guò)對(duì)已有數(shù)據(jù)模型的訓(xùn)練,建立信號(hào)的特征和測(cè)序錯(cuò)誤的對(duì)應(yīng)關(guān)系,在進(jìn)行堿基識(shí)別的時(shí)候,根據(jù)每個(gè)堿基的信號(hào)特征輸出預(yù)估的錯(cuò)誤率。 質(zhì)量得分根據(jù)phred-33質(zhì)量得分標(biāo)準(zhǔn)。
華大智造自主開發(fā)的Sub-pixel Registration算法,使圖像配準(zhǔn)精確度達(dá)到了亞像素級(jí)別,大大提高了堿基識(shí)別的準(zhǔn)確度。
此外,通過(guò)GPU加速的方法,在更高精度的算法條件下實(shí)現(xiàn)了200倍以上的加速,在提高識(shí)別準(zhǔn)確率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了圖像處理和堿基識(shí)別的實(shí)時(shí)化,數(shù)據(jù)處理速度處于同行業(yè)領(lǐng)先水平。

