自從1977年Sanger發明DNA雙脫氧鏈終止法測序技術以來，各種測序技術應運而生，人類對于基因層面的研究也越來越深入。從以Sanger測序為代表的一代測序技術到以基于光學檢測的Illumina測序為代表的二代測序技術（NGS）到以PacBio為代表的三代單分子測序技術，越來越多的測序技術應用在了人類等基因研究中。今天要給大家介紹的是基因有限公司全國代理的剛誕生就引發業界關注與期待的一匹NGS黑馬:美國GenapSys的基于合成的數字化電信號測序技術（electronic sequencing by synthesis )，全新原理、高通量、高準確度、低成本的NGS技術。

1 技術原理

圖1 Genapsys基于合成的電子測序（Electronic Sequencing bySynthesis）技術原理
（GenapSys的測序原理是根據檢測到電阻抗變化信號來確定基因序列信息，該變化是由核苷酸摻入與球珠結合的DNA中引起的。由于核苷酸摻入會增加珠子周圍的帶電分子數量，進而會改變芯片中傳感器測量到的阻抗，阻抗變化的大小與DNA分子及其周圍電荷的總變化有關，即與結合核苷酸的數目有關。）

目前NGS平臺從檢測原理上可以簡單分為光學檢測和電信號變化檢測兩種技術。而我們今天要介紹的GenapSys測序技術區別于這兩種瞬時檢測技術，GenapSys測序技術是基于穩態檢測的方式，通過檢測模板鏈上的阻抗變化來獲得相應的堿基信息（如圖1）。

圖1 與其他NGS測序技術原理對比
（對比光學檢測（右）及基于pH變化的檢測模式（中），GenapSys的檢測技術（左）在每次檢測電信號變化前有一段基線穩定狀態，檢測信息讀取靈敏度和精度能達到更高的水平）

區別于光學檢測方式和電化學檢測方式，GenapSys的電子信號檢測是基于芯片中傳感器檢測每個堿基摻入后的電阻變化，從而確定相應的堿基信息。且在檢測新摻入的堿基信號前都有相應的平臺期（穩態期），這樣一來就可以更加準確的定位每種堿基的信號值。

并且基于這種穩態特性，如果需要可以對同一摻入堿基進行多次檢測，來增加測序的精度和信噪比(SNR)，另外傳感器之間并不存在信號干擾和串信號的問題，這大大提高base calling精度。

2 測序結果表現

當然對比測序原理和技術特點來說，大家更看重的是測序結果的具體表現怎樣，NGS測序結果評判標準主要是對reads進行評估，包括如reads的數量，準確度，覆蓋度等。那GenapSys的表現如何呢，以已有的16M（Million）傳感器芯片為例，GenapSys單次運行可以獲得11-13M的平均長度為150bp的reads,并且Raw read 準確度可以達到 >99.98%，在另一個質量標準Q30的數值上，GenapSys可以達到>80%的堿基分值>Q30(99.9%)。

圖2 GenapSys測序數據表現
（以16M芯片為例，通常會產出11-13M有效的高質量reads(>80%的堿基分值>Q30)，讀取平均長度約為150bp。）

不僅是在堿基準確率上，GenapSys達到了行業的領先水平，在評估測序數據的另外一個標準覆蓋度上，GenapSys也有著很好的表現，從對比NGS行業主流平臺的結果來看，在基因組覆蓋度和在不同GC含量區域的準確度和覆蓋度上，GenapSys都達到了很高的水平。

圖3 GenapSys測序在微生物基因組覆蓋度表現
（使用大腸桿菌作為測試樣本進行測序，在平均測序深度150X的情況下，完整覆蓋了大腸桿菌4.7Mb基因組，并且raw read準確率達到了Q30以上）

圖4 GenapSys測序在不同GC含量基因組表現
（對比與其他NGS主流測序技術空腸彎曲桿菌(low GC)和雙歧桿菌（high GC)測序結果，GenapSys不同GC含量的基因組覆蓋度上表現優秀。）

而從另一個評估標準堿基錯配率(mismatch rate)來看，在reads的前150bp，GenapSys表現出了比主流測序平臺更好的結果，后續GenapSys也會繼續更新相應的試劑和芯片，提高測序讀長，達到更高的通量來滿足各種需求。

圖5 對比主流測序平臺mismatch rate
（在mismatch rate對比上，在read的前150bp,GenapSys表現出了遠優于其他NGS測序技術的準確度。其他NGS測序技術準確率一般維持在99.9%水平（黃色），而GenapSys遠高于此（藍色）。）

3 應用表現

從具體應用來看，GenapSys的表現同樣達到了行業的領先水平。比如NGS領域*常見的應用SNP分析（NA12878外顯子組測序為例），對比主流平臺，不管是準確度還是發現的SNP數量上，GenapSys都有著優良的表現，特別是在低覆蓋度情況下，GenapSys的SNP檢出比其他主流測序平臺有更高的準確性。

圖6 NA12878外顯子組測序表現
（在read的前100bp，GenapSys表現出優異的準確度；并且GenapSys在測序深度僅有66X的情況下對SNP的檢出數量達到了與其他NGS測序技術200X深度相同的水平。）

圖7 對比主流測序平臺SNP鑒定表現
（對比其他測序平臺，GenapSys數據的準確性更高，特別是在覆蓋率較低的情況下，可以顯著降低錯配誤差。）

在具體應用上，當然不僅SNP檢測上，其他的應用如罕見突變鑒定（圖8）、供體cfDNA水平檢測（圖10）、RNA-seq等應用上，對比主流測序平臺，GenapSys同樣有著優異的表現。

圖8 Horizon Discovery HD701測序calling精度
（對于罕見突變的檢出精度，達到甚至超過主流測序平臺）

圖9 外顯子同聚物測序表現
（對于同聚物堿基測序變現與主流平臺接近，優于電化學檢測技術）

圖10 dd-cfDNA測序表現
（當移植器官被排斥時，供體來源的cfDNA水平會飆升。正常的、被接受的器官和主動排斥反應之間的差異只有0.1%-1%。因此這種檢測需要非常高的靈敏度，通過2個對照組和2個移植病人的結果，GenapSys能夠重現性地識別預期的供體來源水平，并成功地區分主動排斥和非主動排斥。）

4 文庫制備

GenapSys不僅提供高質量的測序平臺，在測序文庫準備上同樣有著簡單化、自動化的解決方案，從建庫角度來看，GenapSys不僅有著與主流平臺通用的樣品前處理過程，兼容多種建庫試劑盒，并且在獨特的擴增克隆步驟上提供了自動化的解決方案，相比手工操作繁瑣的步驟，GenapSys建庫儀只需要簡單幾分鐘操作就可以實現4小時以上的無人值守狀態下的克隆擴增等建庫過程。

圖11 GenapSys測序流程及文庫準備系統
（對比需要將近兩小時的手工建庫擴增過程，GenapSys自動建庫系統只需要簡單幾分鐘手動操作就可以實現4小時以上的無人值守狀態下的克隆擴增等建庫過程。）

5 應用和成本

具體應用上，根據不同應用對于數據量的需求，GenapSys提供了不同通量的芯片來適配不同的應用，在不同通量需求的應用間切換時只需要根據不同的需求選擇相應的芯片（144M芯片將于2020年上市），而無需更換測序儀器。

圖12 不同應用對應適用芯片情況
（可根據應用需求進行選擇，無需改變底層設備，144M芯片將于2020上市）

圖13 不同傳感器數量芯片
（1M芯片大約產出0.2Gb/run,16M芯片產出約2Gb/run,144M芯片預計產出約15Gb/run（SE,150bp）。）

而在大家*關心的價格部分，GenapSys在保證測序結果高質量的前提下，帶來了難以置信的價格，不僅是儀器的超低價格，在運行成本上同樣有著非常大的優勢。

當然如果您有高通量及數據量大的需求，基于GenapSys 單臺測序儀本身低價，以現有16M芯片產出為例（1.5-2Gb/run），通過組合一臺以上測序儀（一臺以上測序儀➕1臺克隆擴增儀），在同等時間內獲得比其他主流平臺更高通量及更高數據量。而在今年144M芯片上市以后，可無需更換儀器而獲得比其他主流平臺更高的通量及數據量。（144M芯片預計可產出約15Gb/run）。

圖14 成本核算（24h產出約65M reads）
（以現有16M芯片，單次運行可產出13M高質量 reads）

金杯銀杯不如客戶的口碑，那么使用過GenapSys測序儀的科學家會如何評價這款測序儀呢，請看下方！！！

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