新型移动测序仪:Oxford Nanopore的明星产品MinION和SmidgIon

摘 要:

Oxford Nanopore不仅有逆天的读长、小巧的身材、平民化的测序仪价格,还有实时测序、随时终止的灵活性。其明星产品MinION是目前唯一的便携式DNA和RNA测序仪。而测序公司们青睐的GridION X5系统是一款桌面式测序仪。SmidgIon是一款移动测序仪,体积比MinION更小,可以通过充电接口和耳机接口与智能手机或其他移动设备连接,非常适用于紧急情况的实时处理和现场分析。

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Oxford Nanopore这段时间在测序圈内火翻了天。不管是逆天的读长、小巧的身材、平民化的测序仪价格,还是实时测序、随时终止的灵活性,都赚足了眼球。

新型移动测序仪:Oxford Nanopore的明星产品MinION和SmidgIon

很多人都听说过Oxford Nanopore,大家最为熟知的产品类型是它的明星产品MinION,关于这款产品的高频词汇是“U盘式”、“超长读长”、“错误率”。对于ONT的前景,唱好唱衰的都有,但大家都对这一仪器的真貌、操作和数据应用情况都无限好奇。

MinION到底长什么样子?

MinION上得了外太空,测得了埃博拉病毒,长相小巧又讨喜,是ONT乃至整个测序界的明星产品了。目前MinION的最新版本是Mk 1B,更新于2016年5月,flow cell最新版本是R9,内含2048 wells。

MinION是目前唯一的便携式DNA和RNA测序仪,注意这里有两个概念,一是便携式,MinION只有100g重,相当于1个大一点的U盘或者小一点的移动电源;二是DNA和RNA测序,和所有NGS测序仪、甚至三代Pacbio不同的是,MinION和其他ONT仪器,可以直接对RNA进行测序,无需预先转化为cDNA。此外,一旦启动测序,实时的数据会不断产生,而不用像传统的NGS测序中一个run结束后才能收获数据,一旦数据量足够可随时终止测序进程。

新型移动测序仪:Oxford Nanopore的明星产品MinION和SmidgIon

未拆封的MinION外包装,跟大家卖肾换的iPhone外包装差不多大小。“看起来像是小时候用的铅笔盒”,“后面白色的是废液缸吧,盒子长度也就两个废液缸吧”,“盒子就这么小,仪器得小成什么样……”。

开箱!仪器内盒的设计还是很逼格满满的。仪器目测手感很棒,比一般的U盘大一点(有小伙伴表示,这样的银色金属U盘,家里有一打)。“能一边喝咖啡一边做实验,简直是生物狗们做梦都想不到的美事啊!”

新型移动测序仪:Oxford Nanopore的明星产品MinION和SmidgIon

ONT虽然slogan称随时随地测序,目前样本制备到文库构建还是独立于测序仪之外滴。跟大家熟悉的其他测序仪一样,根据不同的需求可以选用不同的建库试剂盒。除此之外,在2015年ONT推出了一个完全整合的自动化文库制备系统——Voltrax。对于很多分子实验经验欠缺的小伙伴们,这可谓是重磅福利了。

Voltrax不足手掌大小,5-10min即可完成建库。目前Voltrax还只能支持核酸进样,尚不支持直接的生物样本上样。

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打开外盖,文库进样,准备上机了。制备好的文库拿出来,加文库上机,合上盖子,在电脑上启动测序程序,整体过程简单到不可思议。

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连到电脑上,开始测序。48h即可产出10-20 Gb数据,前面文库制备10min左右,如果核酸提取按半天算,两天半即可完成测序全过程。

MinION测序仪运行测序时,每个碱基依次通过纳米孔,并实时检测引起的电流改变,不同的碱基产生的电信号频率和波形会发生改变(甲基化后的碱基和正常的碱基产生的电信号也有区别)。这些数据经过MinKNOW和Albacore等来进行碱基识别和输出,目前的仪器上,原始序列数据可以选择只输出fast5或同时输出fast5和fastq两种序列格式。

后续的生信分析,ONT成立了Metrichor公司,提供集成分析解决方案——EPI2ME,EPI2ME平台能快速、流程化的帮助用户完成数据分析的过程,以保证信息的实时性。

测序公司们更为青睐的--GridION X5

GridIon X5系统是一款桌面式测序仪,通量介于大家熟悉的MinIon和高通量的PromethIon之间。GridIon X5系统一次最多可运行五个MinIon flow cells,可以根据实际数据量的需求一次运行1-5个flow cells。目前的最大通量是,每运行48小时可产出高达100 GB的测序数据。从通量和灵活程度看,GridIon X5显然更适合于公司或通量高的core facility投放。

GridION长宽差不多是一个13-15寸的笔记本大小,重量大约10 kg,一个女生就可轻松抱起。打开安装好的真机,长下面这个样子:

新型移动测序仪:Oxford Nanopore的明星产品MinION和SmidgIon

再来张GridION的近照,可以看到内置的5个流动槽。小伙伴们表示,"这总算是有个实验仪器的样子了。

新型移动测序仪:Oxford Nanopore的明星产品MinION和SmidgIon

GridION测序过程基本上操作与MinION无甚差别,如果有的话,就是根据需求,依次将制备好的文库加入flow cell1、flow cell2……产生高通量的数据。

小人国里的大块头--PromethION

PromethION是一个具有模块化设计的更大的台式测序仪,其在全功率时的运行能力约为MinION的300倍,通量在Tb级。包括48个flow cells,这些flow cells可以单独运行,也可以一起运行。这款高通量测序仪的好处是十分灵活,几乎适用于各种测序场合。如果有海量的数据量自然不在话下,如果有小的数据量需求,也可以灵活调整,无需漫长的等待凑样过程。

智能手机上的移动测序仪--SmidgION

如果说MinION给我们带来的是全新的便携式测序体验,SmidgIon则提出了更新的概念——移动测序仪。SmidgIon比MinION更小,可以通过充电接口和耳机接口与智能手机或其他移动设备连接,非常适用于紧急情况的实时处理和现场分析。SmidgION插到iPhone上运行,unbelievable!“于是测序真的回归为人人都用的了的检测技术”。

新型移动测序仪:Oxford Nanopore的明星产品MinION和SmidgIon

从官方推送情况来看,在现有的四款测序仪中,目前ONT下了大笔墨推MinION和GridIon,前者主要推他家slogan中的“by any person and in any environment”,面向大众,后者则主要还是抢占测序公司、大科研单位等core facility这些,官方对仪器、试剂、乃至后续base calling和下游分析的软件都更新的很快,仅2017年,就有1,440篇文献refer to Oxford Nanopore,可见在科研界,ONT影响力还是不错的。

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