新一代测序的成本究竟下降了多少?

【字体: 时间:2019年09月06日 来源:生物通

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  序列生成只是测序流程的一部分,而其他过程(如文库制备或数据分析)的成本要高得多。为此,科学家正在想法设法降低测序的整体成本。

新一代测序(NGS)带来了大量的数据,而成本比传统Sanger测序要低得多,但还是远远未到“大甩卖的地步”。序列生成只是测序流程的一部分,而其他过程(如文库制备或数据分析)的成本要高得多。为此,科学家正在想法设法降低测序的整体成本。

根据美国国家人类基因组研究所的数据,测序100万个DNA碱基的成本在断崖式下降,从2004年的1,000美元,到2011年的0.1美元,再到现在的接近0.01美元。不过,这仅仅是指原始数据,当然还需要处理。

整个测序流程中哪个环节的成本最高,这取决于谁在做。对于测序供应商而言,最大的成本是维持运营并跟上技术更新的步伐。对于用户而言,罗格斯大学基因组学核心实验室主任Dibyendu Kumar认为,多个样本(48个或更多)的文库制备成本在快速增加。反过来说,如果用户的样本较少,则测序成本会更高。

在被问及降低测序成本是否会影响结果时,Kumar给出了肯定的回答,“不过要看哪方面受到影响,是每个样本的覆盖度、样本数量还是重复次数。”赛默飞临床新一代测序的副总裁Andy Felton也同意他的观点。“NGS需要实验和生物信息学两方面的努力,在任一方面‘抄近路’都会影响收到的结果,”他补充说。

数据分析的经济学

对于人类全基因组测序(WGS)而言,基本的套餐是分析ACMG公布的59种基因中的已知变异。测序专家Shawn C. Baker认为,与其他形式的分析相比,这相对便宜,原因在于“分析仅仅涉及到计算机运行和数据存储,而确定变异及其潜在影响的前期艰苦工作早已完成”。

若要更加深入地开展WGS分析工作,范围可能相当广泛。“一方面,人们可采用正交测序技术来确认实验结果,比如用PacBio来确认Illumina生成的数据,”Baker谈道。“对于某些特发性疾病,基本分析可能未获得可行动的结果,那么就需要训练有素的专业人士来追踪‘临床意义不明的变异’。光薪水这一项就可能达到10万美元,”他补充道。

同时,当测序应用于临床,成本又再次增加。Felton指出病理学实验室的生物信息学分析成本最高。“这不仅仅是信息学的基本费用,还包括审核变异、审核检测、注明假阳性或假阴性,以及协调整个过程的人力成本,”他解释说。

尽管临床测序的某些方法会提高成本,但一些新兴工具有望降低成本。“临床实验室有着一定数量的样本,必须在规定的时间内运行。因此,自动化运行和手动操作时间这些都非常重要,”Felton谈道。

作为自动化运行的一个例子,Felton提到了Ion Torrent系统。“通过比如文库制备等过程的自动化,我们大大减少了测序的手动操作时间。”赛默飞科学家还实现了测序后端过程的自动化,包括自动化的变异检出并提供在线报告工具。“这些组件都无缝地协同工作,”他说。


Ion Chef自动化文库制备系统

整体费用在下调

与此同时,Oxford Nanopore Technologies的科学家也在努力降低平台和耗材的成本,希望在更多实验室实现测序。他们通过新技术开辟了一系列新应用。MinION便携式测序仪便是一个很好的例子。

早在2016年,英国皇家植物园的研究人员Joe Parker就利用MinION测序仪对复杂的真核生物基因组进行了第一次的田野测序,以区分姊妹植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和琴叶拟南芥(A. lyrata)。2017年和2018年,他和同事们又利用相同的平台开展田野测序,试图找出Acute Oak Decline的原因,这是一种神秘的疾病,造成英国不少橡树死亡。

Parker指出,这项技术成本低廉,但能够实时产生长读数。“在实验室中,这意味着我们能够尝试一些实验来证明我们的猜想,而不用冒着浪费数千英镑的风险,”他说。“在现场或临床,这意味着我们可以非常快速地寻找清晰的指示信号,有时仅仅需要一小时。”

在需要更高通量的时候,人们可使用Oxford Nanopore Technologies的PromethION测序仪。荷兰KeyGene公司的NGS科学家Alexander Wittenberg表示:“为了获得高质量、连续的作物参考基因组,我们已将这种技术用在一系列应用中。”

“将纳米孔技术以及KeyGene在植物DNA提取和数据分析上的经验相结合,我们能以前所未有的方式获得基因组见解,从而加速植物育种,”他补充说。此外,他提到数据成本的降低“让我们能够为小型育种公司提供信息,也能够更多地关注次要作物(比如覆盆子)。”

如今,市场为研究人员提供了更广泛的选择,鼓励他们开展更多的测序研究。低成本测序也转化为更多的应用。尽管如此,即使整体费用在不断下降,但测序的某些部分仍然很昂贵。也许,深入研究DNA仍是一项艰巨的工作。(生物通编译)

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