新一代測序的成本究竟下降了多少?
新一代測序(NGS)帶來了大量的數(shù)據(jù),而成本比傳統(tǒng)Sanger測序要低得多,但還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)未到“大甩賣的地步”。序列生成只是測序流程的一部分,而其他過程(如文庫制備或數(shù)據(jù)分析)的成本要高得多。為此,科學(xué)家正在想法設(shè)法降低測序的整體成本。
根據(jù)美國國家人類基因組研究所的數(shù)據(jù),測序100萬個(gè)DNA堿基的成本在斷崖式下降,從2004年的1,000美元,到2011年的0.1美元,再到現(xiàn)在的接近0.01美元。不過,這僅僅是指原始數(shù)據(jù),當(dāng)然還需要處理。
整個(gè)測序流程中哪個(gè)環(huán)節(jié)的成本最高,這取決于誰在做。對(duì)于測序供應(yīng)商而言,最大的成本是維持運(yùn)營并跟上技術(shù)更新的步伐。對(duì)于用戶而言,羅格斯大學(xué)基因組學(xué)核心實(shí)驗(yàn)室主任Dibyendu Kumar認(rèn)為,多個(gè)樣本(48個(gè)或更多)的文庫制備成本在快速增加。反過來說,如果用戶的樣本較少,則測序成本會(huì)更高。
在被問及降低測序成本是否會(huì)影響結(jié)果時(shí),Kumar給出了肯定的回答,“不過要看哪方面受到影響,是每個(gè)樣本的覆蓋度、樣本數(shù)量還是重復(fù)次數(shù)?!辟惸w臨床新一代測序的副總裁Andy Felton也同意他的觀點(diǎn)。“NGS需要實(shí)驗(yàn)和生物信息學(xué)兩方面的努力,在任一方面‘抄近路’都會(huì)影響收到的結(jié)果,”他補(bǔ)充說。
數(shù)據(jù)分析的經(jīng)濟(jì)學(xué)
對(duì)于人類全基因組測序(WGS)而言,基本的套餐是分析ACMG公布的59種基因中的已知變異。測序?qū)<襍hawn C. Baker認(rèn)為,與其他形式的分析相比,這相對(duì)便宜,原因在于“分析僅僅涉及到計(jì)算機(jī)運(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲(chǔ),而確定變異及其潛在影響的前期艱苦工作早已完成”。
若要更加深入地開展WGS分析工作,范圍可能相當(dāng)廣泛?!耙环矫?,人們可采用正交測序技術(shù)來確認(rèn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,比如用PacBio來確認(rèn)Illumina生成的數(shù)據(jù),”Baker談道?!皩?duì)于某些特發(fā)性疾病,基本分析可能未獲得可行動(dòng)的結(jié)果,那么就需要訓(xùn)練有素的專業(yè)人士來追蹤‘臨床意義不明的變異’。光薪水這一項(xiàng)就可能達(dá)到10萬美元,”他補(bǔ)充道。
同時(shí),當(dāng)測序應(yīng)用于臨床,成本又再次增加。Felton指出病理學(xué)實(shí)驗(yàn)室的生物信息學(xué)分析成本最高?!斑@不僅僅是信息學(xué)的基本費(fèi)用,還包括審核變異、審核檢測、注明假陽性或假陰性,以及協(xié)調(diào)整個(gè)過程的人力成本,”他解釋說。
盡管臨床測序的某些方法會(huì)提高成本,但一些新興工具有望降低成本?!芭R床實(shí)驗(yàn)室有著一定數(shù)量的樣本,必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行。因此,自動(dòng)化運(yùn)行和手動(dòng)操作時(shí)間這些都非常重要,”Felton談道。
作為自動(dòng)化運(yùn)行的一個(gè)例子,F(xiàn)elton提到了Ion Torrent系統(tǒng)?!巴ㄟ^比如文庫制備等過程的自動(dòng)化,我們大大減少了測序的手動(dòng)操作時(shí)間?!辟惸w科學(xué)家還實(shí)現(xiàn)了測序后端過程的自動(dòng)化,包括自動(dòng)化的變異檢出并提供在線報(bào)告工具?!斑@些組件都無縫地協(xié)同工作,”他說。
Ion Chef自動(dòng)化文庫制備系統(tǒng)
整體費(fèi)用在下調(diào)
與此同時(shí),Oxford Nanopore Technologies的科學(xué)家也在努力降低平臺(tái)和耗材的成本,希望在更多實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)測序。他們通過新技術(shù)開辟了一系列新應(yīng)用。MinION便攜式測序儀便是一個(gè)很好的例子。
早在2016年,英國皇家植物園的研究人員Joe Parker就利用MinION測序儀對(duì)復(fù)雜的真核生物基因組進(jìn)行了第一次的田野測序,以區(qū)分姊妹植物擬南芥(Arabidopsis thaliana)和琴葉擬南芥(A. lyrata)。2017年和2018年,他和同事們又利用相同的平臺(tái)開展田野測序,試圖找出Acute Oak Decline的原因,這是一種神秘的疾病,造成英國不少橡樹死亡。
Parker指出,這項(xiàng)技術(shù)成本低廉,但能夠?qū)崟r(shí)產(chǎn)生長讀數(shù)?!霸趯?shí)驗(yàn)室中,這意味著我們能夠嘗試一些實(shí)驗(yàn)來證明我們的猜想,而不用冒著浪費(fèi)數(shù)千英鎊的風(fēng)險(xiǎn),”他說?!霸诂F(xiàn)場或臨床,這意味著我們可以非??焖俚貙ふ仪逦闹甘拘盘?hào),有時(shí)僅僅需要一小時(shí)?!?/p>
在需要更高通量的時(shí)候,人們可使用Oxford Nanopore Technologies的PromethION測序儀。荷蘭KeyGene公司的NGS科學(xué)家Alexander Wittenberg表示:“為了獲得高質(zhì)量、連續(xù)的作物參考基因組,我們已將這種技術(shù)用在一系列應(yīng)用中。”
“將納米孔技術(shù)以及KeyGene在植物DNA提取和數(shù)據(jù)分析上的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合,我們能以前所未有的方式獲得基因組見解,從而加速植物育種,”他補(bǔ)充說。此外,他提到數(shù)據(jù)成本的降低“讓我們能夠?yàn)樾⌒陀N公司提供信息,也能夠更多地關(guān)注次要作物(比如覆盆子)?!?/p>
如今,市場為研究人員提供了更廣泛的選擇,鼓勵(lì)他們開展更多的測序研究。低成本測序也轉(zhuǎn)化為更多的應(yīng)用。盡管如此,即使整體費(fèi)用在不斷下降,但測序的某些部分仍然很昂貴。也許,深入研究DNA仍是一項(xiàng)艱巨的工作。
來源:生物通

