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2020年纳米孔测序最难忘的20个瞬间

01 January 2021

尊敬的各位,
每年岁末,我们都会回顾这一年的精彩硕果。您可以在此阅读前期回顾“2019年纳米孔的19个精彩回顾”和“翘望2019| 回首纳米孔测序的那18件事”。但在与众不同的 2020 年,当我们的工作和生活都面临着如此严峻的环境时,却很难说出今年的亮点。然而,我们还是想驻足片刻,来回顾一下这一年里纳米孔社区的众多科学家们所做的杰出工作。
在步入新年之际,仍然有很多人深受新冠疫情的影响,Oxford Nanopore 始终如一的在支持着研究学者们和医疗专业人士的工作,来对抗新冠肺炎,对此,我们深感荣幸。当流行病学,传染病,诊断研究,人类遗传学和免疫学研究领域的科学家们将研究重心转向 COVID-19 时,多个研究领域的科学家们都获得了突破性的研究成果,其中一些成果更是来自于疫情封闭期间建立的创新型家庭实验室。
2020 年伊始,我们的工作以支持中国的用户利用纳米孔测序技术来鉴定一种新型病毒作为开端,该病毒随后很快被命名为 SARS-CoV-2 新型冠状病毒。基因组流行病学的研究方法,可对病毒快速的测序并与其他数据结合进行分析,为公共卫生事件提供决策支持,这种研究现在已变得更加广为人知。我们应该感谢这些多年来一直在推动这一创新研究领域发展的科学家们,正是他们,在 2020 年初作出了非常迅速且重要的响应。这样的科学家多不胜举,我们想重点突出由 Wellcome Trust 基因会资助的 ARTIC Network 国际项目小组,在 1 月份快速发布了用于 SARS-CoV-2 测序的工作流程,利用该工作流,多个国家乃至当地的医院都能够快速研究新冠病毒的变化及传播链。
面对疫情,Oxford Nanopore 快速创新,我们开发了首个通过测试和大规模验证的体外诊断产品——Lampore COVID-19。基于此,我们还开发了能够支持未来一系列领域诊断的新功能。我们坚信,这些诊断技术将在包括传染病,癌症以及移植等多个领域内产生积极重要而深入的影响。
我们尤其要感谢这些科学家,他们不断反馈使用纳米孔测序的宝贵经验和成果,帮助我们不断的创新和提高,并在技术平台的准确性和通量上突破了新的边界。
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1. 全球范围的 SARS-CoV-2 病毒测序,为 COVID-19 公共卫生决策提供强有力的支持
2020 年 1 月 10 日,首个新冠病毒的基因组序列被公开。很快,《新英格兰医学杂志》(NEJM)发表了一篇以中国疾病预防控制中心为首、多机构合作的文章:A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019(当时病毒还被称为 nCoV)该文章中描述了使用纳米孔测序作为研究方法的一种。ARTIC network 国际项目小组一直致力于开发能够用于病毒大爆发中的端到端样本处理方法,以生成实时的基因组流行病学信息,为公共卫生机构采取及时的防控应对措施提供强有力的支撑。随着 2020 年 1 月疫情的加剧,ARTIC network 工作小组发布了一组针对新冠病毒的实验室测序和生物信息学工作流程:包含一系列引物组合,实验室工作流程,生物信息学分析指南和数据集,为全球更多的科学家开展进一步工作提供借鉴。自 2020 年 1 月发布以来,使用 ARTIC network 工作流程,全球的科学家们已经完成了成千上万个新冠病毒样本的测序工作。这项工作的重要性正日益凸显,特别是在当前,利用测序技术已经鉴定到病毒出现了变异。
ARTIC twitter
了解纳米孔社区在该项重要工作中的时间发展线:从利用全基因组测序研究基因组流行病学,到直接 RNA 测序了解病毒本身,再到宏基因组学研究合并感染的问题。
2020 review F2
来自 MRC (英国医学研究委员会)乌干达的研究人员及合作伙伴利用纳米孔测序生成了第一个 SARS-CoV-2 全基因组序列。
2. 首个人类X染色体完成图
2020年7月,《自然》(Nature)杂志发表了首个端粒到端粒的无缺口人类X染色体完成图的重磅文章——这是基因组学研究领域里一项里程碑式的成就。该研究的第一作者,来自加州大学圣克鲁兹基因组研究所 Karen Miga 说道:“能够实现“超长读长测序”的新型测序技术(例如纳米孔测序技术)帮助该项目最终获得成功。研究小组总结道:“我们的研究结果表明,完成整个人类基因组已经触手可及,这里展示的数据充分说明我们能够继续完成剩余的人类染色体。” 阅读文章。
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3. 我们的目标是:使任何人,在任何地点,能对任何生物进行分析
2020 年是在家办公的一年,而对于纳米孔社区的科学家们而言,是在家做实验的一年,全球的疫情爆发也无法阻止科学家们在家里利用 MinION 继续科学研究的脚步。
2020 reviewF4
4. 200台MinION抵达中国
2020 年 1 月底,Oxford Nanopore 从英国牛津总部向中国运送了 200 台 MinION 掌上测序仪和相关耗材,用于支持对新型冠状病毒疫情爆发的持续监控。而从中国团队汲取的经验对全球其他地区的疫情监控和快速响应至关重要。
200 minion-sequencers
5. Mk1C – 唯一可手持便携的一站式测序仪
2020 年,MinION Mk1C 应用变得更加广泛,并开始交付到世界各地的实验室和现场研究人员手中,提供真正的便携式测序体验。接下来,我们期待听到更多利用这台一站式手持测序仪进行不可思议的应用研究故事。 6. MinION – 并非科幻(但可以在科幻片中使用)
MinION 在 2020 年大获成功,不仅在 Netflix 的纪录片《外星世界》(Alien Worlds)中被用于解析极端微生物,还在戏剧《生物黑客》(Biohackers)中与 GridION 一起,用于解决许多未解之谜。
2020 review F5
7. London Calling 2020——移步线上
与许多学术会议一样,2020 年 5 月,London Calling 在线上虚拟的泰晤士河边拉开帷幕。借助于线上更便捷的平台,我们邀请到了更多在各个研究领域的专家阵容,很高兴在会上遇见全球各地的参会人员。往年线下的会议现场可容纳 600 人,而此次线上会议,我们迎来了 5000+ 的参会人员。
london render
8. Q-Line 系列产品:用于支持监管环境中的测序
在 London Calling 2020 上,我们发布了新的产品线——Q 系列产品,以支持这些希望基于基于纳米孔测序进行开发和测试,并在自己的环境中部署的用。我们期望 Q 系列产品可用于食品安全测试等应用,或被实验室自己用于开发测试。
Oxford Nanopore 拥有 ISO9001 认证的 Q 系列产品,以锁定的标准化形式提供实时按需的测序,能够实现用于内部验证分析的长期常规化工作流程。
GridION Q
9. LamPORE COVID-19:Oxford Nanopore首个体外诊断测试
LamPORE 是一种新型、快速、规模可扩展且准确的测试,用于检测引发新型冠状病毒感染 COVID-19 的 SARS-CoV-2 病毒。LamPORE 设计可用于台式设备 GridION 测序仪,或用于掌上一体化设备 MinION Mk1C。
我们很荣幸能够支持牛津,谢菲尔德和英格兰公共卫生部门(Porton Down)的团队,他们在对 500 多个样品的研究中,LamPORE 显示出 99.1% [96.9-99.9] 的敏感性和 99.6% [98.0-100] 的特异性。随后,伯明翰大学的团队和许多NHS实验室的合作者发表了 >23,000 个样本的研究结果,凸显了 LamPORE 的高准确度。我们非常感谢这些研究团队,并将继续与全球多个合作伙伴合作进行研究部署。
在向英国药监机构(MHRA,Medicinesand healthcare products regulatoryagency)申请之后,LamPORE 分析法已通过欧盟 CE 认证,可作为体外诊断在 GridION 设备上用于检测 SARS-CoV-2 病毒。我们正在寻求进一步在其他国家/地区的法规批准,其中包括美国的紧急使用授权,以及与我们合作伙伴 G42 在阿拉伯联合酋长国的批准。
ONT LamPORE 151220 ml-01
10.纳米孔测序原始数据准确率>98%
从纳米孔测序技术发布第一个版本以来,我们一直致力于持续部署升级以提高测序性能。无论是新的数据分析算法,新的纳米孔设计还是其他新的化学方法,结合到一起,这些年来在准确性和产量上都有显著的提高。
2020 年,我们发布了一种新的分析算法——Bonito CRF,立足于先前的工作基础,可提高对单条读长序列识别的准确性,性能上更有提升,且接受了来自更大更多样化的数据训练集。使用 Bonito CRF,Oxford Nanopore 利用当前化学试剂方法呈现了 98.3% 的单序列读长准确度,且有来自 Nanopore 用户单序列读长准确度 >98% 的报告。
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11.单次 PromethION 运行创下 10Tb 的数据量新高
如在 London Calling 上的更新所说,我们在 2020年 的春季和夏季对 PromethION 测序芯片进行了多次迭代和更新。11月,Oxford Nanopore 开始发送在产量和稳定性上均已经过迭代改进的PromethION 测序芯片。
这些改进也使得在一个内部测序运行中,使用全部 48 张芯片的单次 PromethION 运行创下 10Tb 人类基因组数据产量的新高,较此前记录提高了 25%。在此次运行中,每张测序芯片产量的中位数为 208Gb,相当于 30x 覆盖度下的两个人类基因组。
这些改进也反映在了各个应用中,来自用户报告的产量均有所提高。  步入 2021 年之际,我们很高兴不仅仅能够推进超高通量的项目,还能够提供更多更全面的自动化解决方案,来支持这些需要超大数据量的项目。
promethion
12. “适应性采样“(Adaptive Samplaing):实时、智能的靶向富集
已有三篇发表文献证实,适应性采样在帮助理解遗传病方面能够扮演重要的角色。
Alexander Payne 等人开发了 Readfish,并利用该方法在样本组成未知的前提下,对人类基因组特定区域和混合种群样本中的低丰度物种进行富集。该团队从 1000 个人类基因和 717 个癌症相关基因中富集到 25600 个外显子组成靶向测序 panel,可在 15 小时内识别出导致特定类型癌症的单一融合事件。
Sam Kovaka 等人开发了 UNCALLED,这是一种基于原始信号比对的新算法,对 148 个与遗传性癌症相关的基因进行适应性采样富集测序,在单张 MinION 芯片上即可生成 30X 覆盖度的数据。利用该方法分析得到的结构变异(SVs)、DNA 甲基化以及一些小的变异的数量,是短读长全基因组测序 50X 覆盖度检测到的 2 倍之多。 Danny Miller 在 NCM 2020 大会上总结道:“适应性采样可以作为一个单一的数据源来取代我们现在所做的大多数基因检测。” 阅读文章13. 无法跟上用户发表文献的超速脚步
当我们看到纳米孔社区的科学家们在 2020 年发表的文献数量时,令人难以置信,世界各地的实验室曾经关闭过一段时间。
与 2020 年年初相比,利用纳米孔测序进行研究已发表的文献已经翻了一番,在癌症研究等领域的项目越来越普遍,研究人员正在寻找快速更广泛的变异信息,包括 SVs 或甲基化。请访问我们官网的资源中心,了解更多发表文献。
Publications
[数据统计截止到 2020 年 11 月] 14. 非洲病原体基因组计划
2020年,我们很高兴与非洲疾病预防控制中心和其他行业领先者合作,发起了新的非洲病原体基因组计划。该项目将在非洲建立一个基于基因组测序的疾病监测和实验室网络系统,涵盖20多个国家。该系统不仅能够帮助鉴定新冠疫情和其他流行病的病毒,为公共卫生机构采取响应措施提供信息支持,还可以帮助追踪鉴定艾滋病毒、结核病、疟疾、霍乱和其他等地方性传染病。
阅读有关新闻发布(英文) 15. MinION 工厂:运行 1 年
2019 年,我们在英国牛津附近开设了一家新的高科技制造工厂,旨在为我们提供 4-5 年的快速增长能力。MinION 大楼已经投入使用并运行了一年,到 2020 年,产量已经大幅提高,每 30 秒便可以生产一张测序芯片,即每年生产 120 万个测序芯片。
16.  1% 的冰岛人纳米孔全基因组测序,新发现的变异数量超过 1000
冰岛 deCODE genetics 使用超高通量测序仪 PromethION,对 1% 的冰岛人口——3622 位冰岛人基因组进行分析,鉴定出 3622 位冰岛人人均有 22,636 个结构变异,是利用短读长测序数据发现数目的 3-5 倍。
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17. MinKNOW 手机 APP
2020 年,我们在 iOS 和 Android 设备上发布了 MinKNOW 手机 APP。新的 MinKNOW 应用程序提供了功能丰富的用户界面,在纳米孔测序设备上运行 MinKNOW,用户能够监控实验进度并进行远程控制。
该应用程序还可通过桌面应用程序中提供的全套设置来开始测序运行,跟踪之前和正在运行的实验以及使用管理员功能管理测序设备。
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18. 纳米孔长读长1测序能够捕获多少信息?
观看视频了解利用纳米孔长读长测序数据能够鉴定到多少结构变异:
19. 利用纳米孔测序在器官移植中进行快速的组织HLA分型
临床研究人员对纳米孔测序特别感兴趣,这是源于他们需要获得快速、可及以及精准的见解。2020年,我们一直支持更多的临床研究科学家,他们的目标是使用纳米孔测序技术在移植中进行快速的组织分型,特别是在时间紧迫的情况下,因为器官大部分可能是由已故捐赠者捐赠的。我们希望这一领域在2021年能够得到更深入的发展。
20. NCM 2020: 从单细胞转录组学到北海的生态监测,再到环保安全纸
一年一度的纳米孔Nanopore科研团体大会,会议主题跨越人类与转化研究、生物信息学与微生物学以及宏基因组学三个领域,超过50位演讲者在虚拟的平台上分享他们最新的研究成果。
演讲的主题也反映了趋势——更多的癌症研究,更多的单细胞研究,更多看起来接近于完整检测的方法。希望您也喜欢这些实用并有趣的研究。
NCM lobby
我们祝愿您和家人在2020年里健康安全,同时非常感谢您的支持,并期待在2021年与您携手并进。”
——Gordon Sanghera, CEO