
核心技術
華大智造基因測序儀采用先進的DNBSEQ?核心技術,通過儀器氣液系統(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,然后再將測序模板及測序試劑泵入。泵入后的測序模板與載片上的DNB的接頭互補雜交,在DNA聚合酶的催化下,測序模板與測序試劑中的帶熒光標記的探針相結合。接下來,通過激發(fā)熒光基團發(fā)光,不同熒光基團所發(fā)射的光信號被儀器相機采集,經(jīng)過處理后可轉換成數(shù)字信號,傳輸?shù)接嬎銠C進行再次處理,最終獲取待測樣本的堿基序列信息。
所有跟DNB相關的測序技術都屬于DNBSEQ?。DNBSEQ?測序技術主要包括: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)合探針錨定聚合測序法),雙端測序技術(Pair-end),以及配套的流體和光學檢測技術、堿基識別(Basecall)算法等。
與其他測序技術相比, DNBSEQ?測序技術具有滾環(huán)復制擴增帶來的錯誤累積低和規(guī)則陣列載片帶來的信號密度高等原理性優(yōu)勢,大幅提高了測序準確性;而且,基于DNBSEQ?測序平臺的產(chǎn)出數(shù)據(jù)重復序列率低(Dup率低)、有效數(shù)據(jù)利用率高、標簽跳躍少(Index Hopping少),能有效降低“張冠李戴”的情況。此外,結合PCR free等建庫方法,DNBSEQ?測序平臺擁有更好的SNP和InDel準確性。

DNB制備技術
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,將測序引物錨定分子和熒光探針在DNB上進行聚合,洗脫掉未結合的探針后,在激光的作用下熒光信號被激發(fā),隨后利用高分辨率成像系統(tǒng)對光信號進行采集、讀取和識別,從而獲得當前待測堿基的序列信息,然后加入再生洗脫試劑,去除熒光基團,進入下一個循環(huán)的檢測。
華大智造優(yōu)化了大量的反應條件,從上萬個酶突變體中篩選得到最優(yōu)秀的測序酶,使生化反應時間可以縮短到1分鐘以內。

在完成一鏈測序后,加入具有鏈置換功能的DNA聚合酶進行DNA二鏈合成反應,在持續(xù)的延伸過程中,當遇到雙鏈結構的時候,在DNA聚合酶的解旋作用下,完成邊解旋邊復制的反應,形成大量的單鏈DNA作為二鏈測序的模板(圖5-中),然后雜交二鏈測序引物,開始二鏈的cPAS測序。
利用DNA聚合酶的鏈置換特性,實現(xiàn)了DNB的雙端測序,而且重新合成的二鏈拷貝數(shù)更多,能夠獲得更強的熒光信號,有效的提高了測序的準確性。

旨在根據(jù)各個通道的光信號強度完成堿基識別并計算每個堿基的質量得分。通過對已有數(shù)據(jù)模型的訓練,建立信號的特征和測序錯誤的對應關系,在進行堿基識別的時候,根據(jù)每個堿基的信號特征輸出預估的錯誤率。 質量得分根據(jù)phred-33質量得分標準。
華大智造自主開發(fā)的Sub-pixel Registration算法,使圖像配準精確度達到了亞像素級別,大大提高了堿基識別的準確度。
此外,通過GPU加速的方法,在更高精度的算法條件下實現(xiàn)了200倍以上的加速,在提高識別準確率的同時實現(xiàn)了圖像處理和堿基識別的實時化,數(shù)據(jù)處理速度處于同行業(yè)領先水平。

