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2024 年 4 月 13 日
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【洪存正專欄】新技術200 美元的基因組測序可能實現

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為病人「量身訂做」的治療,是「精準醫學」的基本精神。「精準醫學」的基本功,則在於基因測序,而這個測序一直都必須高昂的費用,大多數病人負擔不起,更不用說接下來的治療。最近在《柳葉刀》上的一篇報導<200 美元的基因組:新技術解決了測序問題>(The $200 genome: new tech takes on sequencing’s access problem)指出,一種以非常規的想法背後是經濟實惠且不犧牲質量的基因組測序。(Unconventional ideas lie behind affordable genomic sequencing that doesn’t sacrifice quality.)可能要出現了。

文 / 洪存正 導讀

基因組測序是一種用於解析個體或群體基因組資訊的技術。在治療疾病方面,基因組測序可以提供以下功能:遺傳病的診斷和預測:通過基因組測序,醫生可以檢測出患者體內是否存在致病基因,進而判斷患者是否有患某種遺傳性疾病的風險。癌症個體化治療:基因組測序可以幫助醫生識別腫瘤的突變資訊,從而選擇更加針對性的治療方案,提高治療效果。藥物反應預測:基因組測序可以預測患者對某些藥物的反應,從而為醫生選擇最佳的治療藥物提供參考。疾病風險評估:基因組測序可以揭示患者患某種疾病的風險,從而提供預防和干預的可能性。基因組測序可以提供有價值的資訊,説明醫生更好地瞭解疾病的發生機制和個體差異,從而提供更加個體化和精准的治療方案。

在范德比爾特大學和 HudsonAlpha 生物技術研究所建立了世界一流的基因組研究所之後,Shawn Levy 比大多數人更了解單細胞基因組學的變革潛力。但當他於 2022 年加入 Element Biosciences 時,他長期以來一直認為,要讓測序為科學提供最大價值,就需要降低成本。在 Element(一家測序公司,Levy 現任首席科學官),他看到了利用創新技術解決該領域准入問題的機會。

單細胞測序接近每百万讀取 0.60 美元

「Element 有獨特的視角,」Levy 說,他對幾乎所有商業測序系統都有實踐經驗。「他們看到了該領域的所有課程——關於表面化學、儀器設計、測序化學——並且真正偏離了邊合成邊測序的常見做法。這就是它令人興奮的原因。」

這種非常規的想法是公司 AVITI 台式測序儀的背後,它提供了一種基於通量的模型,其成本在測序市場中排名最低——一個基因組 200 美元,單細胞測序接近每百万讀取 0.60 美元。AVITI 的核心是染料標記的聚合物,被稱為「avidites」,它在章魚狀的手臂上帶有多個相同核苷酸的拷貝。一種 avidite 可以與流動池上一個菌落內的多個聚合酶-DNA 複合物結合,從而發出強烈的熒光信號。

「最初我們可以產生信號,但它們不會留下來,」Element 的聯合創始人馬修凱林格回憶道,他現在是其生物化學部門的負責人。「然後我們想到了魔術貼:掛鉤越多,連接效果越好。這將我們引向了酶學,其中抗體親和力可以提供令人難以置信的結合力。」

avidites 的協同效應提高了信噪比水平,並允許 AVITI 平台使用納摩爾濃度的染料標記試劑,與其他測序儀相比,平均耗材成本降低了三倍多。數據質量測試顯示,超過 90% 的測序具有千分之一的錯誤率,並繼續推向萬分之一的範圍。借助兩個流動槽,用戶可以獨立運行多個測序實驗,並可調節高達 20 億次讀取的通量。典型的讀取長度為 2×150 個鹼基,儘管該公司還通過其 LoopSeq 接口提供 10-kb 讀取,併計劃今年進入 2×300 空間。

Kellinger 指出,AVITI 可以插入現有的文庫製備或生物信息學工具,從而節省用戶時間並簡化從其他儀器的轉換。「在基因組單細胞市場,你總是需要更多信息,但真正的障礙是成本,」

最低價格需要大量的通量

Kellinger 說。「我們希望將台式系統推向市場,它具有令人難以置信的吞吐量,而且價格對傳統上外包的人具有吸引力。」雖然 200 美元的基因組模型的最低價格需要大量的通量,但 Levy 強調,AVITI 的經濟性使大大小小的實驗室都可以在其輸出中提高效率和靈活性。通量較低的實驗室可以只購買他們需要的儀器,從而節省大量資金——Element 估計在適度使用的情況下每個基因組的價格為 256 美元——同時隨著他們的成長建立最經濟的模型。「作為一個行業,我們需要打破你需要不斷增加機器成本和運行規模才能進步的模式,」Levy 說。「我們使人們能夠抓住機會,獲得靈活的產出。」

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