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Oxford Nanopore 科研团体大会技术更新发布

01 December 2021

发布亮点:使用最新的“Kit 12”和 R10.4 版测序芯片,获得 99% 原始读长准确率及 99.8% 双链(duplex)测序准确度。最新型的 PromethION P2 设备——P2 为手掌大小尺寸的高通量测序仪,可提供最可及的低成本、高产量的 Oxford Nanopore 纳米孔测序。

Oxford Nanopore 在 Nanopore 科研团体大会(Nanopore Community Meeting)上宣布了技术更新以及一系列产品的发布和升级。其中包括发布“Kit12”——这是一种包含最新“Q20+”化学试剂并支持“双链”(duplex)测序的新试剂盒。该试剂盒发布与 R10.4 测序芯片发布相结合。使用这些已发布的产品,纳米孔测序用户现在可以实现 >99% 的原始读长/“单链”准确度,或约 Q30 的双链(duplex)准确度,以及增强的高精度共有序列测序和变异识别。
公司还发布了 PromethION 2 (P2) 测序仪,该设备可运行最多两张高通量 PromethION 测序芯片。P2 旨在为大基因组或高通量长读长转录组学带来低成本的纳米孔测序,无需资本投资,且对基础设施要求及低。 P2 将作为具备集成计算功能的独立设备,或“P2 Solo”——一种可以连接到现有计算的测序设备,包括连接至 GridION测序仪。 P2 Solo 将于 2022 年第二季度发货,Oxford Nanopore 现在接受预订。 Oxford Nanopore 还推出了 Remora,这是一种用于甲基化分析的新工具。Remora 进一步增强了碱基修饰分析,并可在实验中使用(与标准碱基识别并行),无需额外成本,同时保持对天然碱基的高准确度碱基识别。以仅20 倍的覆盖度,Remora 可提供行业领先的性能。
“短片段模式”(Short Fragment mode; SFM): 优化到可短至 20 bp 短序列片段的准确、高通量测序将在新的一年里全面启用。Oxford Nanopore 的技术可以对任何长度的 DNA 或 RNA 分子进行测序,无论是短序列还是超长序列。然而软件输出设置在过去避开了读取较短的“仅为测序接头”的序列。SFM 旨在优化需要以高精度分析大量短片段的应用,在一张 PromethION 测序芯片上,可支持多达 2 亿 5 千万条长约 200bp 的人类原始读长序列。
“通往现场液体活检之路”:会议中对研发管道计划进行了回顾,其中包括了如“inny”和“outy”之类的化学物质,可捕获单个 DNA 分子并对其进行多次测量。这些技术有可能提供“适应性准确度(Adaptive Accuracy)”,支持捕获和重新读取混合样本中的稀有变异。可以与实验室或现场的液体活检工作流程搭配,从而可能实现易于使用的远程“液体活检”测序。
公司正在开发一种集成的平板电脑型测序仪 MinION Mk1D,其能够处理 MinION 生成的大量数据,亦可用于上述目的。   
Nanopore科研团体大会(Nanopore Community Meeting)
一年一度的 Nanopore 科研团体大会于 2021 年在线如期举行。今年共有 50 多场来自用户的演讲,涵盖领域包括人类遗传学、临床/癌症研究、微生物学(包括基因组流行病学)、植物和动物研究,以及生物信息学。在大会上,Oxford Nanopore 发布了技术升级,包括 Clive G Brown (首席技术官) 和 James Clarke、Stuart Reid 和 Rosemary Sinclair Dokos 的演讲。 除上述内容外,还提供了以下更新:
准确率
用户现在可以选择使用 R9.4.1 版纳米孔测序芯片,搭配“Kit 10”或“Kit 11”试剂盒使用(每秒运行约 420 个碱基)。还可以选择新版 R10.4 纳米孔,这是一种具有更长读取头的新型设计,旨在为均聚物区域提供高分辨率。R10.4 与新的 Kit 12 搭配,其运行速度约为每秒 230-270 碱基。 Kit 12 支持最新的“Q20+”化学试剂和“双链”(duplex)测序。在双链测序中,来自同一双链的两个互补分子被连续测序,以获得更高的准确度。
通过额外的碱基识别模式选择,用户可以根据自己的要求定制实验,并在完全发布的产品上实现高于 Q20/99% 的原始读长序列准确度。单分子的双链读长准确度分布在 Q30/99.9% 左右,截至目前最长的 Q30 读长序列为 156 kb(然则长度没有根本的限制)。
NCM news 2021
图注:快速碱基识别紧随Oxford Nanopore平台升级,高准确度来自于速度和准确度间的平衡,超高准确度提供最佳数据质量。
该原始读长准确度性能为高共有序列(concensus)准确度奠定了基础,可达 Q50 (99.999%),并能够检测和表征一系列遗传变异,包括整个基因组中的单点突变、结构变异和甲基化,进行最全面的基因组分析。
Oxford Nanopore 提供了对最新分析工具性能优化的升级,包括推荐使用 Medaka 达到共有序列准确性 >Q50(细菌),使用 Clair3 用于 SNP 和 Indel 识别(F1 值分别为 99.9% 和 89%,全基因组性能代表性),以及 LRA/CuteSV 用于结构变异(F1 96.1%)。
Oxford Nanopore 宣布将天然植物 DNA 包含到碱基识别器的数集训练中。在此情况下,被视为错误的植物特异性碱基修饰,将被识别为规范的标准碱基,从而大大提高了用户对高度修饰植物进行测序的准确性。使用 Remora 能够从信号中恢复碱基修饰信息。
研发/管线更新
  • PromethION 芯片新升级:耐久型马拉松(Marathon)芯片(M芯片)将于2022年初发布,通过延长运行时间提供更大的数据输出,PromethION计算塔也将升级以增加计算能力。
  • 会议回顾了潜在的化学试剂研发管线,包括“inny”和“outy”以及部署“自适应准确度(Adaptive Accuracy)”的潜力。“自适应准确度”是一种实时测序直至达到目标准确度的高效方式,支持单分子中稀有变异的高准确度测序。
  • 这些化学试剂管线有可能支持“液体活检”工作流程,可以在实验室环境中或现场检测和分析来自各类样品(如血液、唾液或环境样品)的分子。为搭配这些化学试剂,Oxford Nanopore 正在开发一种移动设备,旨在直接从样品中进行测序。目前尚未提供对于该设备的时间线,它也有可能适用如小分子的其它被分析物。
  • 针对Flongle 开发的低成本测序芯片方面取得了进展。在每张芯片 120 个纳米孔的概念验证中,已在其上生成了 2 Gb 数据。该设计现在正在进入原型制造阶段。
  • 该首批测序数据来自于新一代的ASIC——这是一种全新的、更小型、低功耗和低噪声设计的电子芯片,旨在推动新产品的开发,如手机 SmidgION 测序仪或 Plongle 桌面“阵列”测序仪。
产品更新
发布多项样品制备更新:
  • 推出非扩增条形码试剂盒(Native Barcoding Kit),作为用于获得最高精度测序的 Kit 12 和 R10.4 芯片的补充以进行混样建库测序,且可与 Q20+ 快速试剂盒相兼容。
  • 于夏季推出的 Monarch NEB 超长 DNA 测序实验方案,可实现超长读长片段的 DNA 测序,且与细胞和血液实验方案及现在的组织提取实验方案兼容。
  • 针对在 PromethION 上进行的高通量测序,新的混样连接建库试剂盒现已进入早期试用阶段,意在支持每张 PromethION 测序芯片可提供交付两个人类基因组,使用最新的条形码试剂盒可对多至 96 个样本进行测序。
  • 目前公司正进一步开发自动化的高通量测序操作,包括支持在每张 PromethION 测序芯片交付两个基因组的 Hamilton 自动化工作站脚本。
  • 支持 PCR 的自动建库 VolTRAX 设备现已向客户发货。
  • 夏季推出的 Midnight 试剂盒可在 5.5 小时内对 SARS-COV-2 病毒基因组进行测序,助力新型冠状病毒疫情(COVID-19)监测。该试剂盒支持检测新冠变异毒株奥米克戎Omicron) 并成功识别变异谱系。我们将响应不断变化的 COVID -19疫情,并为用户提供进一步的更新。
  • 快速/现场试剂盒(Rapid Sequencing Kit)现在已从 400 ng 起始量降低至支持 50-100 ng DNA 的起始量;目前公司正在为整条产品系列开发这种改进。
  • 推出最新的 cDNA PCR 试剂盒,可在 MinION 测序芯片上提供超过 2 千万条 1 kb 读长序列数据,在 PromethION 测序芯片上提供超过 1 亿 6 千万条读长序列数据。该试剂盒还简化了单细胞转录组的分析,能够为异构体挖掘/鉴定、基因融合、细胞亚型分析或空间分析提供全长读长序列。
  • 自适应采样(Adaptive Sampling)是 Oxford Nanopore 测序平台上一个独特的功能,支持实时选择感兴趣的 DNA 目标区域。从单次 MinION 运行中获得 600 万个 CpG 的能力代表着优于亚硫酸氢盐方法的性能,且具备了通常的工作流程简单、低成本和快速获得结果等的纳米孔测序技术优势。
  • 发布软件开发的更新,包括将 EPI2ME 扩展到各个地区,以支持更广泛地访问“即插即用”分析工作流程。
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