illumina NextSeq2000的變-配置與使用體驗(yàn)的改進(jìn)

本文轉(zhuǎn)自微信公眾號(hào)“基因Share”，作者馮寶省

4月25日下午觀看了illumina NextSeq2000的云發(fā)布會(huì)，峰值在線人數(shù)在1100人左右，所以熱度并不是太高，illumina幾位產(chǎn)品經(jīng)理輪番上場(chǎng)介紹對(duì)應(yīng)板塊內(nèi)容其實(shí)并沒(méi)有給出太多有用的信息，但我聽(tīng)完后，回過(guò)頭來(lái)再看手里僅有的官方宣傳彩頁(yè)，對(duì)于材料中強(qiáng)調(diào)的幾個(gè)“變”有更深的理解了，下面就簡(jiǎn)單跟大家分享一下NextSeq2000這次的“變”。

第一，NextSeq2000采用了目前最高簇密度的流動(dòng)槽（Flowcell）。說(shuō)到簇密度，這可能是一個(gè)大家相對(duì)陌生的概念，其實(shí)就是流動(dòng)槽每平方毫米可以生成了有效Cluster數(shù)量。
 

4種流動(dòng)槽與apple watch（44mm）的體積對(duì)比
 

可能很多同學(xué)沒(méi)見(jiàn)過(guò)NextSeq500/550的芯片，這里我用手機(jī)拍了一張NovaSeq S4、NextSeq500（400M/130M）和HiSeqX的流動(dòng)槽對(duì)比圖片，大家可以直觀的看到這4種芯片的大小，流動(dòng)槽面積最小的是HiSeqX，但HiSeqX的單流動(dòng)槽數(shù)據(jù)產(chǎn)量卻約是NextSeq500的8倍。其實(shí)這就是有效簇密度的差別導(dǎo)致的，我們根據(jù)illumina官方給出的數(shù)據(jù)來(lái)看，HiSeqX的流動(dòng)槽有效簇密度為1310-1524k/mm2.而NextSeq500/550的僅為129-165k/mm2，這就是整除的10倍差距啊。

當(dāng)然這種“簇密度飛躍”主要是因?yàn)閺腍iSeqX開(kāi)始，illumina采用了全新的Patterned流動(dòng)槽來(lái)代替“原始”的Random流動(dòng)槽。那么問(wèn)題來(lái)了，今天的主角NextSeq2000呢？發(fā)布會(huì)上illumina公布了這個(gè)驚人的數(shù)據(jù)——6250k/mm2！比NextSeq500/550整整提高了30-40倍。

雖然簇密度的水平如此恐怖，但目前illumina公布的P2和P3流動(dòng)槽的數(shù)據(jù)產(chǎn)量卻只有400M和1000M Reads，那么這也就意味著P2和P3流動(dòng)槽的體積非常非常�。ň唧w多小，我后續(xù)拿到P2/3流動(dòng)槽實(shí)物給大家補(bǔ)圖，但肯定是要比HiSeqX的還要小幾圈，應(yīng)該跟MiniSeq和MiSeq的相當(dāng)）。

如此高密度的Cluster的熒光圖像采集就需要依托于更強(qiáng)大的光學(xué)系統(tǒng)，所以這次NextSeq2000使用了新型超高分辨率的光學(xué)系統(tǒng)來(lái)完成這項(xiàng)工作，同時(shí)，我們可以期待一下后續(xù)的P4或P1芯片的數(shù)據(jù)產(chǎn)量規(guī)格illumina將如何規(guī)劃。

第二、illumina在J.P.Morgan上公布的P2和P3流動(dòng)槽單Gb試劑價(jià)格為$30/20.（NextSeq500/550為$55/40）這次價(jià)格的下降，高密度流動(dòng)槽起到了關(guān)鍵作用。流動(dòng)槽面積大大縮小這就意味著每個(gè)Cycle鋪滿流動(dòng)槽所需要的試劑量減少，產(chǎn)出每Gb數(shù)據(jù)所需試劑量也大大降低，這將直接導(dǎo)致試劑成本的下降。

NextSeq500/550測(cè)序試劑三件套

第三，NextSeq2000采用了集成式卡盒設(shè)計(jì)。大家可能對(duì)于這一點(diǎn)還是比較陌生，我們還是以NextSeq500/550為例，它測(cè)序耗材分為三大部分，分別是流動(dòng)槽、緩沖液試劑盒、測(cè)序試劑盒（見(jiàn)上圖），外加個(gè)儀器內(nèi)置廢液收集桶，而NextSeq2000將這三大部分和廢液桶集成到一個(gè)僅飯盒大小的卡盒里面，云發(fā)布會(huì)上illumina介紹，文庫(kù)構(gòu)建完成后無(wú)需變性直接加入到卡盒對(duì)應(yīng)上樣孔中，然后將流動(dòng)槽插入卡盒，推入測(cè)序儀試劑倉(cāng)，最后點(diǎn)擊“Start”就可開(kāi)始測(cè)序工作（見(jiàn)下圖操作流程，圖片來(lái)自YouTube相關(guān)視頻截圖）。

如果大家仍對(duì)于集成式卡盒的便捷性感知不強(qiáng)，那么我最后再補(bǔ)充一點(diǎn)，集成式卡盒意味著NextSeq2000采用全干式設(shè)計(jì)，每次測(cè)序完成后儀器無(wú)需使用純水、NaOH等溶液清洗泵閥（因?yàn)楸瞄y已經(jīng)集成在了卡盒中），而是取出卡盒“直接丟掉”，當(dāng)然對(duì)應(yīng)的這種集成式卡盒的研發(fā)和生產(chǎn)成本也是極高的，所以illumina也在發(fā)布會(huì)上談到了卡盒回收循環(huán)利用的問(wèn)題。

第四，NextSeq2000機(jī)載二級(jí)分析工具DRAGEN Bio-IT，這一點(diǎn)不再贅述，但發(fā)布會(huì)上illumina提到，用戶無(wú)需等待第一輪測(cè)序數(shù)據(jù)分析結(jié)束即可開(kāi)始新的一輪測(cè)序工作，這也就意味著NextSeq2000內(nèi)置服務(wù)器可以支持同時(shí)進(jìn)行測(cè)序過(guò)程中的BaseCall和測(cè)序數(shù)據(jù)分析，這無(wú)疑使得生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。

第五，NextSeq2000采用了改進(jìn)的Two-Channel測(cè)序化學(xué)，將以前使用的紅綠熒光基團(tuán)改成了波長(zhǎng)更短的藍(lán)綠熒光基團(tuán)，對(duì)應(yīng)的激發(fā)光源從520nm/650nm調(diào)整為449nm/523nm，優(yōu)化后增強(qiáng)了簇亮度，減少通道串?dāng)_，提高信噪比。

以上幾點(diǎn)就是我個(gè)人認(rèn)為illumina的NextSeq2000測(cè)序平臺(tái)相較于以前的臺(tái)式測(cè)序儀的“變”。

雖然它在測(cè)序速度、測(cè)序成本上并沒(méi)有給大家?guī)��?lái)足夠的驚喜，但很顯然，它的歷史使命并不在于此，這款采用全干設(shè)計(jì)集成式卡盒、超高簇密度流動(dòng)槽和搭載了二級(jí)加速分析服務(wù)器的臺(tái)式測(cè)序儀將大大提升了終端用戶尤其是臨床終端用戶的使用體驗(yàn)，這是基于MPS技術(shù)的高通量基因測(cè)序儀這種曾經(jīng)高端復(fù)雜的科研儀器向簡(jiǎn)潔易用的臨床診斷工具的進(jìn)化之路上邁出的關(guān)鍵一步。