【深度】远见还是痴念？三代测序和它的时代丨奇点猛新技术

本文为局域原创社论（市民号：geekheal_com）自从本世纪初人类所表型物质两组计划完了成最后，在在着表型物质检验运应用于的飞速持续发展，在23andMe、ancestry和华大表型物质等日本公司，以及安吉丽娜·朱莉等明星的迅速英语教育之下，很多人开始告诉他，为什么有些人喝酒脸红，为什么有些人不够不易身患癌症。这些都与体内某些特定表型物质特定位点再次发生表型物质突变有关。过去依托于第二代极低总能量极低总能量模拟器，我们仍未开始尝试从表型物质的某种程度管理我们的光阴。这一切都在二代极低总能量的领受下，次大的开展着。可总有一些「小差点」在迅速的提醒我们：这还不够。二代极低总能量的软肋几个月末前（2016年12月末2日），刊载在病理学预印网易站BioRxiv上的一篇社论，在表型物质极低总能量圈引起了不小的风浪。一名求医十余年，来开展Illumina二代极低总能量模拟器也未发现成因的身患儿，被斯坦福大学Euan Ashley博士来开展Pacific Biosciences（后文原称PacBio）的三代极低总能量模拟器Sequel事与愿违确诊为Carney综合征(1)。这是世界性首次来开展三代极低总能量模拟器，通过全表型物质两组极低总能量在身患儿体内发现致病突变。新时代三代极低总能量持续发展到了重回病理运应用于的拐点。▲留存的所有极低总能量运应用于都缺少通观人类所表型物质两组的能力。如上图请注意，下图是穿着的标准品，右图一名店主木工用同等皮带自制的穿着。从整体上看，我们很不易见到木工要用的穿着在构造上与标准品有小得多关联性。然而，二代极低总能量是个一次只能看短×宽为10cm×1cm的老师傅，于是他把木工的穿着即成10cm×1cm的布条，最后他无论如何见到，从木工穿着上剪下来的皮带，可以完了好的拼装到标准穿着上。而三代极低总能量则是一个一次能看短×宽为10cm×100cm的老师傅，当他改用同样的工具摄像穿着在标准品上比对时，很不易就见到，木工在右边穿着的设计者上很有引人入胜。由此观之，三代极低总能量无论如何在检验构造表型物质突变上不够具战术上。「二代极低总能量对于SNP（single nucleotide polymorphism，单核苷酸多态性）和极低于50bp的InDel（Insertion-Deletion，弹出或缺失）表型物质突变检验相对非常准确，但是大的构造表型物质突变检验却极为困难。」国内三代极低总能量服务于日本公司长沙预见两组生物科技有限日本公司创办者兼CEO汪德鹏不想到局域网易，「PacBio三代极低总能量模拟器的读短是二代极低总能量的100倍左右，可以极为好的化解表型物质构造表型物质突变问题。」自从2005年二代极低总能量运应用于做到测试性开始到过去，由于极低总能量费用迅速升高，深入研究医务人员仍未在体液内见到了大量与哮喘有关的表型物质突变，让我们对表型物质表型物质突变与人类所生活品质和哮喘错综复杂的的关系有了不够深入的了解。然而，完全相同上面来开展二代极低总能量运应用于也只能给身患儿确诊的情形时有再次发生，这种自然现象不仅出过去表型病的病人上，还无论如何出过去寻找白血病再次发生的主因(2； 3)，抗病毒产生的主因(4)，以及精神病(5； 6)等再次发生主因的探寻上。虽然即已在二十世纪50七十年代中所期就仍未有深入研究医务人员来开展核型分析（Karyotype ysis）检视染色体表型物质突变，但是经过左右半世纪的持续发展，人类所对DNA的构造表型物质突变仍旧大相径庭。▲1950年以来DNA构造表型物质突变深入研究的工具，以及限于的检验区域，50bp-100kb这个区域的构造表型物质突变发挥作用更好的检验手段。贝勒自然科学院的化学键表型学家Jim Lupski不想到《自然》刊物的记者Monya Baker的一段趣闻便是总括。即已在1991年Lupski研发团队见到胫骨肌肉萎缩症（Charcot-Marie-Tooth，CMT），是由于某个特定的表型物质多了一个复制（构造表型物质突变的一种）导致的时候(7)，研究者一片哗然，那些打小就不感兴趣独创孟德尔表型学英语教育的科学家们毕竟都不认同Lupski这一见到。研究者的不认同，这样一来导致顶级季刊《自然》和《科学》拒绝刊载Lupski的深入研究季刊，最后他不得不用四种统一的测试工具证明他是对的，这才被《蛋白》接收(8)。直到2004年Michael Wigler博士研发团队和Charles Lee博士研发团队，分别在《科学》(9)和《自然表型学》(10)刊发构造表型物质突变的开创性深入研究季刊。自此以后，关于构造表型物质突变的深入研究季刊开始变多，表型物质两组表型物质突变目录中所构造表型物质突变的条目需求量也日趋增多(8)。「非单核苷酸表型物质突变占到了人类所表型物质两组所有表型物质突变的74%，」Craig Venter深入研究研发团队在2007年见到(11)。深入研究医务人员日趋预见，人类所表型不可或缺性的故事用二代极低总能量是懂不完了的，因为构造表型物质突变也是哮喘的不可或缺驱动力。「短读短对化解构造表型物质突变则会有鼓励，」博德深入所短的Steve McCarroll博士时说，他在DNA构造表型物质突变对于抑郁症错综复杂的关系的课题甚多有建树(6)。不够合乎精准自然科学使命的三代极低总能量以外市面上仍未做到测试性的短读短极低总能量模拟器主要有Illumina的Tru-seq Synthetic Long-Read、Oxford Nanopore Technologies的纳米盖模拟器MinION，以及PacBio的单化学键系统则会（SMRT）极低总能量模拟器，其中所持续发展的甚为未成熟比较稳定的是PacBio的单化学键系统则会（SMRT）极低总能量模拟器(12)。在SMRT极低总能量模拟器的诞生的65同一时间，耶鲁大学诺贝尔物理学奖获奖人Hans Albrecht Bethe（1906-2006）见到了一个自然现象：当微盖的厚度极低于光的波短时，光在横越微盖光阴强则会随之衰减(13)。没成不想，几十年后同在耶鲁大学的Watt Webb大学教授和PacBio的创办者Jonas Korlach和Stephen Turner将这一见到转化成了一项运应用于，零模波导（zero-mode weguide，ZMW）运应用于(14)。经过几年的琢磨，Webb大学教授研发团队见到，ZMW运应用于可以用来检验并检视溶液中所的单化学键。2003年《科学》刊物以封面的表达方式报道了这一深入研究成果(15)。一年最后，Korlach和Turner两组建PacBio日本公司。之前人类所表型物质两组计划中止整整并不久，人们从表型物质两组计划中所注意到了生命科学的预见，但是代人极低总能量稍低的总能量和超极低的费用，让深入研究医务人员难以回头。寻找总能量极低、速度快、价位低的极低总能量工具，带入很多深入研究医务人员的渴望。而今之时，鲁氏、Illumina和ABI的二代极低总能量运应用于还在紧锣密鼓的研发当中所。PacBio也不想在极低总能量其产品占有一席之地。经过6年的研发，PacBio基于ZMW运应用于的SMRT极低总能量模拟器终于在2009月末底诞生了，科学刊物再一次刊载了这一不可或缺问世(16)。▲2009年二代极低总能量完了成一积极参与者的表型物质两组只能10万美元左右「在09年的时候，有一阵子PacBio的极低总能量熟的很厉害，那个时候大家忽视，以后则会是15分钟测完了一积极参与者的表型物质两组，费用1000美元，而且读短很久。之前的定义，之所以叫三代，是因为有几个特性，读短短，极低总能量速度快，极低总能量价位要便宜。」汪德鹏时说。在在着深入研究医务人员对SMRT极低总能量模拟器的殷殷期盼，PacBio在2010年10月末上市了，股价接左右17美元，总共募集2亿美元。半年最后，PacBio终于发售世界性首套三代单化学键系统则会极低总能量管理系统PacBio RS，新时代三代极低总能量重回新纪元。之前，以Illumina主导的二代极低总能量模拟器积极参与者全表型物质两组的极低总能量价位没多久跌破一万美元突破。随后，一些深入研究管理机构开始应用于PacBio RS，西安的药用植物深入所短也在RS公布半年最后，购置了东南亚两台RS极低总能量仪。然而，世界各地的深入研究医务人员很快见到，RS根本就未PacBio愿意的那么光辉，价位昂贵不时说，阈值还极低，读短也并未比代人极低总能量好多少。无论如何，PacBio以致于愿意了。在2012月末底，PacBio的股价跌至接左右1美元。▲PacBio股价走势图尽管如此，还是有人从中所注意到了期望。「至今，还有很多人对SMRT极低总能量模拟器的认识只停留在2009年：PacBio的极低总能量模拟器阈值约15%，太极低了，只能用。」汪德鹏时说。汪德鹏在2011年两组建了中所国第一家提供三代极低总能量服务于的日本公司长沙预见两组，四年最后汪德鹏和哥伦比亚大学生物反馈学副大学教授杨林共同两组建了西安期盼两组，期盼两组是世界性将三代单化学键系统则会极低总能量运应用于运应用于于哮喘检验的大型企业。月末内月末底，西安期盼两组完了成由概略中所国和赛富投资领投的左右亿元A轮融资，将全力促成三代极低总能量运应用于运应用于和蓬勃持续发展。「期望就是当大部分人实在不靠谱的时候，你却见到了它似乎是靠谱的，」汪德鹏时说。三代极低总能量的期望在哪里？经过两年的加以改进升级，PacBio在2013月末底发售了RS II，极低总能量数据总能量翻一番，其他某种程度的安全性也有一定的加以改进。就在这时，在二代极低总能量其产品失利的Roche，令其借助于PacBio杀进体液表型物质检验灌注病人课题（IVD），与PacBio协定了极低达7500万美元的战略合作伙伴条款，根据条款PacBio只能开刊发型物质检验病理其产品，Roche将获得其产品的世界性独家销售权。在制药三巨头Roche的领受下，PacBio股价猛增73%。到2015月末底PacBio与Roche共同发售Sequel极低总能量模拟器，重新模拟器总能量较上代人其产品提极低了7倍，另外机器费用也在大幅升高。鲁氏极低总能量行政部门的负责人Dan Zabrowski表示，这款极低总能量模拟器将作为鲁氏极低总能量仪器的框架，原先应用于病理深入研究，最后才应用于灌注病人。然而，Sequel发售一年最后，Roche见到Sequel并只能充分利用他们进军灌注病人其产品的野心，于是与PacBio暂停了合作伙伴条款。受此受到影响，PacBio股价下跌最少43%。「鲁氏实在PacBio持续发展慢那是因为鲁氏只能一个极为大的比较大的这样一个其产品。轻蔑的懂，三代极低总能量的确未超越鲁氏期盼注意到的那个程度，毋庸置疑，过去的主流还是二代极低总能量。但是三代极低总能量对于我们这样一个日本公司而言，这个比较大是极为适合的。」汪德鹏时说，「另一个主因是，鲁氏之前是正要来开展PacBio要用HLA和HPV、HCV、HIV病原等课题的病人，这个以外还不合乎PacBio主要进攻的方向。」▲汪德鹏然而，西边不亮西边亮，就在Roche与PacBio两人最后，西安期盼两组同月末订货6台Sequel极低总能量仪，诺禾致源同月末购置10台Sequel极低总能量仪。「PacBio的极低总能量模拟器在表型物质两组课题的运应用于日趋未成熟，我们参加世界性大则会时见到，过去仍未有很多科学家在应用于PacBio的极低总能量模拟器，」诺禾致源副总裁王俊不想到局域网易，「在购置Sequel此前，诺禾致源严格来说也提供三代极低总能量服务于，但是我们的运应用于审计见到这个模拟器还不够比较稳定，所以未购置。月末内月末底，升级后的Sequel模拟器不够加比较稳定，数据量和读短也有引人注意的提极低。我们计算了一下三代极低总能量研究管理机构其产品的2017年的增量，感月末内订货的10台仪器很有期盼满负荷运行。」毋庸置疑的是，三代极低总能量过去的主要运应用于场景是还是研究管理机构，要朝向病理还只能很多科学深入研究和运应用于积累，而这个课题国际上的深入研究管理机构和大型企业正要短时间迅速的促成。王俊时说，「和二代极低总能量一样，三代极低总能量在自然科学上的运应用于也只能一个运应用于研发和蓬勃持续发展的过程。任何一项运应用于从研究管理机构服务于继续发展病理运应用于都只能一定的整整。诺禾致源以外仍未占据了科技服务于一半的其产品份额，我们期盼新订货的Sequel模拟器在左右一年内对研究管理机构有所促成。」2016年，长沙预见两组积极参与完了成的第一个东南亚人概述表型物质两组「齐鲁2号」网络刊发于《自然通信》上(17)。汪德鹏介绍，「齐鲁2号」是用三代极低总能量在要用，是族裔的一个概述氨基酸，而且是极为精准的概述氨基酸，它补救了以前世界性概述氨基酸里头短期存在的200多个洞，此外，他们还发现了 2万多个构造表型物质突变。不够不可或缺的是，他们见到有一些未知表型物质氨基酸有核苷酸和表示，但是因为GC纯度的的关系在Illumina极低总能量中所完了全看见，这些全重新表型物质是以前所不告诉他的。这再次暗示，人类所表型物质两组还有太多的反馈被我们遗漏掉。这些反馈与哮喘有什么的关系，我们还并非如此。「与二代极低总能量相似，三代极低总能量在病理自然科学的运应用于只能一个短期的过程，我们忽视预见2-3年内三代极低总能量则会消失病理运应用于的未成熟其产品。另外，我实在Sequel的消失对Pacbio含意根本性，」概略中所国医疗两组的孙凌皓时说，「短读短的费用降低是大的趋势，我不实在三代极低总能量和二代极低总能量是互相改用的的关系，极低总能量运应用于持续发展到过去，代人极低总能量仍然有更好的运应用于场景。但代人极低总能量和二代极低总能量的限于也给三代极低总能量留给了不小的其产品空间。」西安期盼两组仍未在跟一些明确运应用于课题的医生独自要用三代极低总能量的运应用于研发。例如，在HLA骨髓配型这个课题，他们在跟中所国最主要的白血病治疗公立医院道培公立医院集团合作伙伴，来开展三代极低总能量积极开展HLA种系统。此外，作为世界三代极低总能量表型病检验日本公司，期盼两组还在跟中所日友好公立医院的顾卫红少卿独自在SCA（脊髓大脑皮质共济失调）课题开展研究管理机构合作伙伴。前面Ashley研发团队的深入研究成果暗示，短读短极低总能量在病人表型病上或许具备二代极低总能量无可比拟的潜力。过去几年的深入研究暗示，二代极低总能量要用表型病有很大的限于，检出率在30%-50%左右。「我们期盼来开展三代极低总能量来改变这个状况，如果我们能够把检出率提极低20%-30%，那含意就极为大了。当然，这也是我们的渴望，还未转化成现实。」汪德鹏时说。▲Euan Ashley以外看来，或多或少三代极低总能量运应用于大区域运应用于的主要原因还是费用。「三代极低总能量过去要用自然科学检验价位还非常极低，未那么不易。」王俊时说。已为，以外三代极低总能量的费用是二代极低总能量数十倍。然而，这对于绝非只能3-5年整整才能病人的肾病而言，哪一种工具产生的好处多，却是是显而易见的。不过，根据事物的基本持续发展法则，三代极低总能量的价位升高是必然的。「如果费用够低的话，大家还是偏向于可以获取反馈不够多的工具，」王俊时说。在不感兴趣Mendelspod受访时，华盛顿大学Evan Eichler大学教授不够有惊人的文章，「如果三代极低总能量的费用降到二代的两倍，二代极低总能量的死期就到了。」尽管过去大部分人都忽视三代极低总能量不则会改用二代极低总能量，但是我还是忽视，能够提供不够多表型物质两组反馈的三代极低总能量，甚至四代极低总能量肯定是预见。到时，人人上则会有一个反馈无比饱满的积极参与者表型物质两组目录。原始出处：【1】Merker J， Wenger AM， Sneddon T， Grove M， Waggott D， et al. 2016. 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