年度創新：IonPGM半導體測序儀

【導讀】Rothberg博士的夢想是打造測序領域的“數碼相機”，既實惠又易用，還能快速得到結果。他確實做到了。與其他測序平臺相比，Ion PGM? 測序儀快速、簡捷，擴展性好，更關鍵的一點是，價格實惠。它讓測序平民化，讓每個實驗室都觸手可及。

　　半導體技術已經改變了它所觸及的每一個行業，從計算到攝影再到音樂。如今，它正在改變生命科學。也許，你很難想象，一塊半導體芯片就是一臺測序儀，但事實上，Life Technologies的Ion 個人化操作基因組測序儀（PGM?）正是如此。難怪在2010年美國基因組生物學技術進展年會上甫一亮相時，就立刻驚艷全場。

　　當時，這臺測序儀還不屬于Life Technologies，它的制造商是沒啥名氣的Ion Torrent公司。這家公司總部位于美國康涅狄格州吉爾福德，是由Jonathan Rothberg創辦的。是不是覺得這個名字有些耳熟？沒錯，他正是454生命科學的創始人。2007年他成功將454賣給了羅氏公司，之后創辦了Ion Torrent。去年8月，Life Technologies收購了這家公司。

　　Rothberg博士的夢想是打造測序領域的“數碼相機”，既實惠又易用，還能快速得到結果。他確實做到了。與其他測序平臺相比，Ion PGM? 測序儀快速、簡捷，擴展性好，更關鍵的一點是，價格實惠。它讓測序平民化，讓每個實驗室都觸手可及。因此， Ion PGM? 測序儀在推出以來的6個月內創下了多項紀錄。它的通量已提高了10倍，它的流程成為行業中最快的，并且它是世界上銷售最快的測序儀，已發往40多個國家。

　　Ion Torrent技術使用專有的大規模并行半導體傳感器芯片，對DNA復制期間產生的氫離子開展實時測定。離子半導體芯片上高密度的孔陣列提供了數百萬個單獨的反應器，而集成的流體通路讓試劑流過整個傳感器芯片。這種流體體系、微體系機械設計和半導體技術的獨特組合，讓我們能夠將遺傳信息（DNA）直接翻譯成數碼信息（DNA序列），快速生成大量的高質量數據。點擊索取Ion PGM測序儀的更多資料

　　擴展

　　英特爾的創始人之一戈登?摩爾曾提出過著名的摩爾定律，即集成電路中可容納的晶體管數量將每兩年翻一番。而Life Tech和Rothberg似乎并不滿足于此，他們許下每六個月將PGM產量提高10倍的承諾。如今，新的Ion 316? 芯片有著100 Mb的通量，比原先的Ion 314? 芯片高了10倍。而第四季度上市的Ion 318? 芯片將帶來1 Gb的通量。這三種芯片都能用于Ion PGM?測序儀，為用戶帶來了靈活選擇通量的靈活性，從10 Mb到1 Gb。

　　簡捷

　　Ion Torrent使用半導體技術和簡單的試劑對DNA進行測序，而并非使用光作為中介體。Ion Torrent將化學信號轉換成數碼信息，就像一塊CMOS芯片將光子轉換成像素。無修飾的核酸，無需酶化學級聯，無需任何熒光和化學發光。僅適用經濟的標準試劑。

　　快速

　　Ion PGM? 測序儀擁有目前最快的新一代測序流程，從構建文庫到數據分析，不到8小時。就測序運行本身來說，對于100 bp讀取，全新的Ion 316?芯片需要2小時運行時間，與Ion 314?芯片相同。在測序短讀取時，運行時間縮短至1小時內。單日流程加快了研究周期和文章發表，可實現更多的研究和市場應用。

　　基于此，在德國暴發大腸桿菌疫情時，多個研究機構都第一時間采用了Ion PGM? 測序儀。德國明斯特大學醫院的Dag Harmsen博士認為：“從我這個公共衛生官員的角度來看，（PGM的）最大優勢在于其快速，而速度也是此刻最需要的。”

　　開山之作

　　也許有些人質疑Ion PGM?測序儀是否真的如廣告單頁上宣傳的那樣好，但同行評議的文章應該會讓他們信服。上個月，Life Technologies的研究人員在《Nature》在線版上發表了第一篇大作，介紹他們如何利用半導體測序的策略對細菌基因組和人類基因組進行測序。

　　研究人員首先利用此平臺對費氏弧菌和沼澤紅假單胞菌進行了de novo基因組測序，覆蓋度分別為6.2倍和6.9倍。之后，他們利用更大的離子芯片，對大腸桿菌的基因組進行了3次測序，覆蓋度在11.3-58.4之間。

　　研究人員報道，對于每次讀取的前50個堿基，每個堿基的準確率超過99.6%，對于前100個堿基，大約在98.9%。在包含均聚物的部分基因組，準確率有所下降，但5堿基均聚物的準確率仍達到97.3%。讀長基本在100 bp左右，但有些也達到了200 bp甚至更長。

　　之后，他們對利用大約1000塊離子芯片，對戈登?摩爾先生的核基因組進行了測序，平均覆蓋度達10.6倍。研究小組發現了大約260萬個SNP。其中99.95%的雜合基因型和99.97%的純合基因型通過ABI SOLiD產生的序列得到了驗證。

　　應用

　　Ion PGM? 系統實現了所有可能的測序應用。以創紀錄的時間開展多重擴增子測序。此外，200 bp的讀取讓長擴增子測序成為可能。在微生物測序項目中，Ion PGM? 系統能帶來最優的結果，極其均一的覆蓋和長讀長。316和即將上市的318芯片則更適合轉錄組、小RNA測序以及ChIP-Seq。

　　美國國立癌癥研究院翻譯基因組學實驗室的主任Stephen Chanock也很看好這一平臺。他認為該技術不僅便宜，測序準確度也很高。當然，就準確度而言，Ion PGM?測序儀還是比不上目前最大、最昂貴的測序儀。這些大家伙花費幾十萬美元就可以在一次測序反應里得到數百Gb的堿基序列，它們是目前進行高精度人類基因組測序工作的首選。而PGM測序儀則比較適合進行快速、小規模的測序工作，比如對細菌的基因組進行測序或者對很多人基因組里的某一個基因區域進行測序，以幫助確診疾病等。

　　據Rothberg介紹，Ion PGM? 測序儀的讀長很快將達到400 bp，而更高通量的318? 芯片也將上市，也許，未來的天地更加廣闊。