NGS领域的黑马：GenapSys超高性价比的数码测序

自从1977年Sanger发明DNA双脱氧链终止法测序技术以来，各种测序技术应运而生，人类对于基因层面的研究也越来越深入。从以Sanger测序为代表的一代测序技术到以基于光学检测的Illumina测序为代表的二代测序技术（NGS）到以PacBio为代表的三代单分子测序技术，越来越多的测序技术应用在了人类等基因研究中。今天要给大家介绍的是基因有限公司全国代理的刚诞生就引发业界关注与期待的一匹NGS黑马:美国GenapSys的基于合成的数字化电信号测序技术（electronic sequencing by synthesis )，全新原理、高通量、高准确度、低成本的NGS技术。

1 技术原理

图1 Genapsys基于合成的电子测序（Electronic Sequencing bySynthesis）技术原理
（GenapSys的测序原理是根据检测到电阻抗变化信号来确定基因序列信息，该变化是由核苷酸掺入与球珠结合的DNA中引起的。由于核苷酸掺入会增加珠子周围的带电分子数量，进而会改变芯片中传感器测量到的阻抗，阻抗变化的大小与DNA分子及其周围电荷的总变化有关，即与结合核苷酸的数目有关。）

目前NGS平台从检测原理上可以简单分为光学检测和电信号变化检测两种技术。而我们今天要介绍的GenapSys测序技术区别于这两种瞬时检测技术，GenapSys测序技术是基于稳态检测的方式，通过检测模板链上的阻抗变化来获得相应的碱基信息（如图1）。

图1 与其他NGS测序技术原理对比
（对比光学检测（右）及基于pH变化的检测模式（中），GenapSys的检测技术（左）在每次检测电信号变化前有一段基线稳定状态，检测信息读取灵敏度和精度能达到更高的水平）

区别于光学检测方式和电化学检测方式，GenapSys的电子信号检测是基于芯片中传感器检测每个碱基掺入后的电阻变化，从而确定相应的碱基信息。且在检测新掺入的碱基信号前都有相应的平台期（稳态期），这样一来就可以更加准确的定位每种碱基的信号值。

并且基于这种稳态特性，如果需要可以对同一掺入碱基进行多次检测，来增加测序的精度和信噪比(SNR)，另外传感器之间并不存在信号干扰和串信号的问题，这大大提高base calling精度。

2 测序结果表现

当然对比测序原理和技术特点来说，大家更看重的是测序结果的具体表现怎样，NGS测序结果评判标准主要是对reads进行评估，包括如reads的数量，准确度，覆盖度等。那GenapSys的表现如何呢，以已有的16M（Million）传感器芯片为例，GenapSys单次运行可以获得11-13M的平均长度为150bp的reads,并且Raw read 准确度可以达到 >99.98%，在另一个质量标准Q30的数值上，GenapSys可以达到>80%的碱基分值>Q30(99.9%)。

图2 GenapSys测序数据表现
（以16M芯片为例，通常会产出11-13M有效的高质量reads(>80%的碱基分值>Q30)，读取平均长度约为150bp。）

不仅是在碱基准确率上，GenapSys达到了行业的领先水平，在评估测序数据的另外一个标准覆盖度上，GenapSys也有着很好的表现，从对比NGS行业主流平台的结果来看，在基因组覆盖度和在不同GC含量区域的准确度和覆盖度上，GenapSys都达到了很高的水平。

图3 GenapSys测序在微生物基因组覆盖度表现
（使用大肠杆菌作为测试样本进行测序，在平均测序深度150X的情况下，完整覆盖了大肠杆菌4.7Mb基因组，并且raw read准确率达到了Q30以上）

图4 GenapSys测序在不同GC含量基因组表现
（对比与其他NGS主流测序技术空肠弯曲杆菌(low GC)和双歧杆菌（high GC)测序结果，GenapSys不同GC含量的基因组覆盖度上表现优秀。）

而从另一个评估标准碱基错配率(mismatch rate)来看，在reads的前150bp，GenapSys表现出了比主流测序平台更好的结果，后续GenapSys也会继续更新相应的试剂和芯片，提高测序读长，达到更高的通量来满足各种需求。

图5 对比主流测序平台mismatch rate
（在mismatch rate对比上，在read的前150bp,GenapSys表现出了远优于其他NGS测序技术的准确度。其他NGS测序技术准确率一般维持在99.9%水平（黄色），而GenapSys远高于此（蓝色）。）

3 应用表现

从具体应用来看，GenapSys的表现同样达到了行业的领先水平。比如NGS领域*常见的应用SNP分析（NA12878外显子组测序为例），对比主流平台，不管是准确度还是发现的SNP数量上，GenapSys都有着优良的表现，特别是在低覆盖度情况下，GenapSys的SNP检出比其他主流测序平台有更高的准确性。

图6 NA12878外显子组测序表现
（在read的前100bp，GenapSys表现出优异的准确度；并且GenapSys在测序深度仅有66X的情况下对SNP的检出数量达到了与其他NGS测序技术200X深度相同的水平。）

图7 对比主流测序平台SNP鉴定表现
（对比其他测序平台，GenapSys数据的准确性更高，特别是在覆盖率较低的情况下，可以显著降低错配误差。）

在具体应用上，当然不仅SNP检测上，其他的应用如罕见突变鉴定（图8）、供体cfDNA水平检测（图10）、RNA-seq等应用上，对比主流测序平台，GenapSys同样有着优异的表现。

图8 Horizon Discovery HD701测序calling精度
（对于罕见突变的检出精度，达到甚至超过主流测序平台）

图9 外显子同聚物测序表现
（对于同聚物碱基测序变现与主流平台接近，优于电化学检测技术）

图10 dd-cfDNA测序表现
（当移植器官被排斥时，供体来源的cfDNA水平会飙升。正常的、被接受的器官和主动排斥反应之间的差异只有0.1%-1%。因此这种检测需要非常高的灵敏度，通过2个对照组和2个移植病人的结果，GenapSys能够重现性地识别预期的供体来源水平，并成功地区分主动排斥和非主动排斥。）

4 文库制备

GenapSys不仅提供高质量的测序平台，在测序文库准备上同样有着简单化、自动化的解决方案，从建库角度来看，GenapSys不仅有着与主流平台通用的样品前处理过程，兼容多种建库试剂盒，并且在独特的扩增克隆步骤上提供了自动化的解决方案，相比手工操作繁琐的步骤，GenapSys建库仪只需要简单几分钟操作就可以实现4小时以上的无人值守状态下的克隆扩增等建库过程。

图11 GenapSys测序流程及文库准备系统
（对比需要将近两小时的手工建库扩增过程，GenapSys自动建库系统只需要简单几分钟手动操作就可以实现4小时以上的无人值守状态下的克隆扩增等建库过程。）

5 应用和成本

具体应用上，根据不同应用对于数据量的需求，GenapSys提供了不同通量的芯片来适配不同的应用，在不同通量需求的应用间切换时只需要根据不同的需求选择相应的芯片（144M芯片将于2020年上市），而无需更换测序仪器。

图12 不同应用对应适用芯片情况
（可根据应用需求进行选择，无需改变底层设备，144M芯片将于2020上市）

图13 不同传感器数量芯片
（1M芯片大约产出0.2Gb/run,16M芯片产出约2Gb/run,144M芯片预计产出约15Gb/run（SE,150bp）。）

而在大家*关心的价格部分，GenapSys在保证测序结果高质量的前提下，带来了难以置信的价格，不仅是仪器的超低价格，在运行成本上同样有着非常大的优势。

当然如果您有高通量及数据量大的需求，基于GenapSys 单台测序仪本身低价，以现有16M芯片产出为例（1.5-2Gb/run），通过组合一台以上测序仪（一台以上测序仪➕1台克隆扩增仪），在同等时间内获得比其他主流平台更高通量及更高数据量。而在今年144M芯片上市以后，可无需更换仪器而获得比其他主流平台更高的通量及数据量。（144M芯片预计可产出约15Gb/run）。

图14 成本核算（24h产出约65M reads）
（以现有16M芯片，单次运行可产出13M高质量 reads）

金杯银杯不如客户的口碑，那么使用过GenapSys测序仪的科学家会如何评价这款测序仪呢，请看下方！！！

基因有限公司作为GenapSys全国代理商，将在第一时间将这款产品带到科研人员的实验台上，同时也提供完整的技术支持服务。另外，基因有限公司还提供完整的NGS解决方案供大家选择。

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