测序仪简介

测序技术及测序仪简介

一．第一代测序技术

1.1第一代测序技术原理

第一代DNA测序技术用的是1975年由桑格（Sanger）和考尔森（Coulson）开创的链终止法或者是1976-1977年由马克西姆（Maxam）和吉尔伯特（Gilbert）发明的化学法（链降解）. 研究人员在Sanger 法的多年实践之中不断对其进行改进，在2001年，完成的首个人类基因组图谱就是以改进了的Sanger法为其测序基础。

Sanger法原理：在模板中首先分别加入A、T、G、C和四种ddNTP 双脱氧核苷酸（加入ddNTP序列合成会终止），如下图第一个加入ddATP，这样每一个位置上的A位置会大量的被ddATP替代，然后终止，然后再分别加入其他的ddNTP，让他随机终止。这样对得到的这些序列进行跑胶。就得到了如下的胶图。根据ACGT的加入顺序和位置，获取信息。这个方法准确率高，费用高，是先合成，再测序的。

1.2第一代测序仪

第一代测序仪基于Sanger原理，用荧光标记代替同位素标记，并用成像系统自动检测，从而大大提高了DNA测序的速度和准确性。

应用最广泛的是applied biosystems（ABI）3730系列自动DNA 测序仪。例如ABI3730XL测序仪拥有96道毛细管，四种ddNTP分别用不同的荧光标记，被CCD系统识别后，直接翻译成DNA序列。

图一：ABI3730XL

二．第二代测序技术（高通量测序）

2.1 常见二代测序技术平台：

第二代测序技术一般采用边合成边测序的方法。二代测序仪市场初期，有三家公司推出了各自的测序平台，分别是：

ABI公司：Solid平台

罗氏454公司：GS FLX平台

Illumina公司:Solexa Genome Analyzer

三种二代测序技术对比如表一。

表一：三种二代测序平台对比

现在国内市场占有率高的是Illumina 公司的二代测序仪，许多国内的基因测序公司例如安诺优达，华大基因等也采用Illumina 平台推出了自己的二代测序仪。

2.2Illumina 的二代测序仪产品很多，大致有下面几个系列：

2.2.1 HiSeq 系列——HiSeq 2000，HiSeq 2500，HiSeq 3000，HiSeq 4000

HiSeq 系列测序仪问世以来，以通量高，产量大，生产规模著称，能测序技术平台

454 Solexa Solid 上市时间

2005 2007 2007 价格（万美元）

50 45 59 单次反应数据

量（G ）

0.4 20 50 读长

400 50x2 50 优势 长读长 低测序成本，高性价比 高通量，高准确度

够快速、经济的进行大规模平行测序，在大型全基因组测序，全转录组，全外显子组测序，靶向基因测序方面优势明显。HiSeq 3000/4000系统则基于成熟的HiSeq 2500系统，采用创新的有序流动槽技术最大限度提高效率，3.5天内可完成12个基因组、100个转录组或180个外显子组测序。HiSeq 3000/HiSeq 4000测序系统为生产级测序能力设立了一个全新的标准。

2.2.2 HiSeq X系列——HiSeq X Five，HiSeq X Ten

HiSeq X Ten系统的问世完成了人类历史上一大里程碑事件——千元基因组时代的到来。HiSeq X Ten系统是由一套共10台超高通量的HiSeq X仪器组成，每年能带来超过18,000个人类基因组，而每个基因组的价格约为1000美元，让癌症和复杂疾病的研究达到新的水平。安诺优达于2016年4月引进HiSeq X Ten系统，此次合作将进一步提升安诺优达的基因测序平台实力，也为精准医疗和科研服务两大核心业务领域的数据吞吐量建立重要竞争力，为全球化业务拓展建立硬件基础。

2.2.3 NovaSeq系列——NovaSeq 5000系统，NovaSeq 6000 系统

NovaSeq系列测序仪问世，毫无疑问标志着测序新纪元的到来-，旨在将基因组测序的价格进一步降至100美元。全新的NovaSeq系列测序系统，突破技术革新，具有可扩展的通量、灵活简便的配置和简化的操作流程，允许以更大的深度来发现罕见的遗传变异，为大规模发现复杂疾病变异打开了全新的市场。

2.2.4 MiSeq系列——MiSeq系统，MiSeq Dx系统，MiSeq FGx系统

MiSeq系列在Illumina公司内部定位于快速简约，适合靶向和小型基因组测序的一类仪器。MiSeq测序仪以其在单次运行测序读长高达2×300 bp为特色，实现了小型基因组的组装或目标变异的准确检测。MiSeq系列在微生物多样性分析、宏基因组测序、转录组de novo测

序、微生物基因组测序、小RNA测序、ChIP-Seq以及外显子测序等方面已成为行业最准确且最易用的台式测序仪。此外，MiSeq Dx系统是首个经过FDA批准的体外诊断（IVD）测试平台；MiSeq FGx 是专为法医基因组分析应用而设计，供研究、法医和亲子鉴定使用。

2.2.5MiniSeq系列——MiniSeq

MiniSeq是桌面式测序仪系列产品的一个重要补充，相较于MiSeq而言，MiniSeq在技术上并未有大的提升，只是在通量设计上更为小巧灵活。研究者可根据自己的项目进程进行上机掌控，对于实验室规模相对较小，通量较小的单位更为适合。在应用领域方面，癌症芯片测序，肿瘤靶向分析方向优势更为突出。

2.2.6NextSeq系列——NextSeq 500，NextSeq 550

NextSeq 550AR测序仪通量高、速度快、数据精准、性能稳定、操作简单，可广泛应用于各级医疗机构、临检中心和科研院所，更好地服务于中国临床检测及科学研究。NextSeq 550AR测序仪经过前期大规模临床验证，已于2017年3月正式获国家食品药品监督管理总局（CFDA）产品注册的认证

三．第三代测序技术

3.1技术原理：第二代测序技术一般都需要通过PCR扩增建库，这个过程可能会引入突变。另外，二代测序普遍读长较短，这往往给数据处理带来一些不便。为了克服上述缺点，业界开发了以单分子实时测序和纳米孔为标志的第三代测序技术。

从事这方面技术开发的公司及技术平台主要有：

1.Helicos公司的Heliscope单分子测序仪

2.Pacific Biosciences的SMRT技术

3.Oxford Nanopore Techologies公司的纳米孔单分子技术

上述技术都处于研发阶段。