生物通報道 來自Life Technologies的研究人員近日在《Nature》在線版上發(fā)表了一篇文章，介紹他們?nèi)绾卫�用半�?dǎo)體測序的策略對細(xì)菌基因組和人類基因組進(jìn)行測序。

這次被測序的人是英特爾的共同創(chuàng)始人之一、摩爾定律的提出者戈登•摩爾先生。今年初，Life Technologies的Jonathan Rothberg（Ion Torrent的創(chuàng)始人和董事長）就曾表示，Ion Torrent已利用其PGM完成對摩爾基因組的測序，令摩爾成為第一個用“post-light”測序技術(shù)測序的人。此外，研究小組還對三種細(xì)菌（費氏弧菌、大腸桿菌和沼澤紅假單胞菌）的基因組進(jìn)行了測序。

與一般的測序平臺不同，Ion Torrent測序平臺的核心是一塊創(chuàng)新的半導(dǎo)體芯片，其中包含了數(shù)百萬個孔和感應(yīng)器。這塊離子芯片所使用的電子檢測系統(tǒng)簡化了測序過程，并大大降低了測序儀的費用。儀器中沒有光學(xué)組件，而主要是由電子讀取器、微處理器和流體系統(tǒng)組成的。

研究人員首先利用此平臺對費氏弧菌和沼澤紅假單胞菌進(jìn)行了de novo基因組測序，覆蓋度分別為6.2倍和6.9倍。之后，他們利用更大的離子芯片，對大腸桿菌的基因組進(jìn)行了3次測序，覆蓋度在11.3-58.4之間。

研究人員報道，對于每次讀取的前50個堿基，每個堿基的準(zhǔn)確率超過99.6%，對于前100個堿基，大約在98.9%。在包含均聚物的部分基因組，準(zhǔn)確率有所下降，但5堿基均聚物的準(zhǔn)確率仍達(dá)到97.3%。讀長基本在100 bp左右，但有些也達(dá)到了200 bp甚至更長。

之后，研究人員擴大了芯片上感應(yīng)器的數(shù)量，以便追蹤人類基因組。他們利用大約1000塊離子芯片，對摩爾先生的核基因組進(jìn)行了測序，平均覆蓋度達(dá)10.6倍。同時，他們還獲得了其線粒體基因組的732倍覆蓋。

在核基因組的分析過程中，研究小組發(fā)現(xiàn)了大約260萬個SNP。其中99.95%的雜合基因型和99.97%的純合基因型通過ABI SOLiD產(chǎn)生的序列得到了驗證。

作者在文中提到，他們第一次證明了能制造并使用一塊一次性的集成電路來開展細(xì)菌和人類基因組的“post-light”基因組測序。

自Ion PGM™測序儀推出以來，在6個月內(nèi)，它的通量已提高了10倍，從Ion 314™芯片的10 Mb提高到Ion 316™芯片的100 Mb。而第四季度上市的Ion 318™ 芯片將帶來1 Gb的通量。這三種芯片都能用于Ion PGM™測序儀，讓用戶能夠根據(jù)實驗需求靈活選擇。而Ion PGM™測序儀的流程也是行業(yè)中最快的，從文庫制備到數(shù)據(jù)分析，不到8小時。它還是世界上銷售最快的測序儀，目前已發(fā)往40多個國家。

索取Ion PGM 測序儀的更多資料

不久前，科學(xué)家們還借助Ion PGM™ 測序儀來鑒定6月在歐洲出現(xiàn)的致命大腸桿菌菌株，因為該系統(tǒng)的2小時運行時間快于市場上其他任何系統(tǒng)。華大基因的科學(xué)家們在三天內(nèi)對細(xì)菌進(jìn)行了測序，明斯特大學(xué)的研究小組也測序了菌株，并僅用5天就開發(fā)出了一個現(xiàn)場可采用的檢測。（生物通 余亮）

原文摘要：

An integrated semiconductor device enabling non-optical genome sequencing

Nature 475, 348–352  (21 July 2011) doi:10.1038/nature10242

摘要：

The seminal importance of DNA sequencing to the life sciences, biotechnology and medicine has driven the search for more scalable and lower-cost solutions. Here we describe a DNA sequencing technology in which scalable, low-cost semiconductor manufacturing techniques are used to make an integrated circuit able to directly perform non-optical DNA sequencing of genomes. Sequence data are obtained by directly sensing the ions produced by template-directed DNA polymerase synthesis using all-natural nucleotides on this massively parallel semiconductor-sensing device or ion chip. The ion chip contains ion-sensitive, field-effect transistor-based sensors in perfect register with 1.2 million wells, which provide confinement and allow parallel, simultaneous detection of independent sequencing reactions. Use of the most widely used technology for constructing integrated circuits, the complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) process, allows for low-cost, large-scale production and scaling of the device to higher densities and larger array sizes. We show the performance of the system by sequencing three bacterial genomes, its robustness and scalability by producing ion chips with up to 10 times as many sensors and sequencing a human genome.