第三代单分子桌面台式测序仪

项目负责人:Micheal Deem、贺建奎
技术领域:医疗、临床医学、医药科研、农业、植物学等领域

项目简介


当前二代测序技术应用发展处于瓶颈,整个基因测序产业以及应用的发展需要通过更先进的测序技术来推动,三代单分子测序技术在很多方面克服了二代测序技术的不足,从而可以更好的推动整个基因测序产业的发展。同时,更低的测序成本也可在医疗领域让更多的普通人群受益。
本项目计划开发第三代单分子基因测序仪,将在测序时间、测序准确性、样品制备等一系列参数上显著提升,从而打破当前国内基因测序仪被国外垄断的局面,完成拥有自主知识产权的三代基因测序仪, 力争后来居上,使我国的三代基因测序技术达到国际领先水平,带动整个基因测序产业链, 推动我国精准医疗建设发展。

技术优势


相对于当前的二代测序技术,测序前无需 PCR 扩增,省却了繁琐的建库过程,单分子水平检测,高灵敏度、低成本、操作简便快速,可以更好的适用于普通医院。

实现成为我国三代测序技术的先驱,并达到国际领先水平:本项目在单分子单色荧光测序的基础上进一步创新,实现单分子四色荧光测序的技术。此技术在测序速度、长度、测序错误率、测序时间等方面相对现有技术均有显著的改进。

高精度 : 通过采用 TIRF(全内反射荧光)显微成像技术,实现单个荧光分子的高效检测,单次测序整体错误率低于 1%,其中 substitution 低于 0.2%, 远远优于 Pacific Biosciences的单次检测 15% 的错误率;

高速度:从 DNA 提取到测序完成, 总时长仅需要 4 个小时。测序速度是 Helico 的 10 倍。原有的三代测序平台采用简单的硅质芯片表面改性处理,虽然能够实现 primer 的有效固定化,但是芯片表面疏水性较强,易造成生物样品分子的非特异性吸附。这一特性导致单个测序周期中 68.7% 的时间被用于芯片上样和清洗。本项目中采用了自主研发的生物相容性硅质芯片表面设计,大大缩短了芯片的上样和清洗时间,从而大大提高了测序通量。

直接测 RNA 的序列:带有 PolyA 的 mRNA 可直接与模板上的 PolyT 结合,通过逆转录酶实现对 RNA 的直接测序,将大大降低体外多步操作样品的损失、定量误差和逆转录 PCR 产生的系统偏差。

直接测甲基化的 DNA 序列:实际上 DNA 聚合酶复制 A、T、C、G 的速度不同。正常的 C或者甲基化的 C 为模板,DNA 聚合酶停顿的时间不同。根据这个不同的时间,可以判断模板的 C 是否甲基化。采用 TIRF 技术,对 DNA 聚合酶进行实时监测,通过碱基合成速率的差异,可以显现对基因序列上甲基化修饰的信息采集,为表观遗传学研究打开了一条通路。单分子测序的分辨率具有不可比拟的优势,而且没有 PCR 扩增步骤,因而没有扩增引入的碱基错误,该优势使其在特定序列的 SNP 检测、稀有突变及其频率测定中大显身手。而基于单核酸分子的测序能够检测到低频率(低至 1%)罕见突变,正是这项成果的关键所在。

市场现状


建立三代测序样本处理系统平台,建立三代测序临床单病种诊断系统。在肿瘤分子诊断,遗传疾病诊断和微生物感染性疾病诊断方面应用于临床研究,深大第一附属医院率先开展三代测序临床诊断应用。
基于三代基因测序技术,我们将开发出新的疾病诊断手段,新的临床保健方法和健康检测。预期 2018 年,三代测序仪将申请国家食品药物监管局颁发的医疗器械证,基于此进度,在三代测序仪研发期间,同时也在市二医院开始研发。
开发出配套的肝癌、大肠癌、骨肿瘤,乳腺癌和膀胱癌的分子基因诊断试剂盒,研发 HIV、HBV、HPV、真菌感染、细菌耐药试剂盒。研发遗传性疾病 MLD 等基因诊断试剂盒。相关高校、科研机构合作开发前沿探索性研究开发,为中游基因测序服务机构提供基因测序平台。