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NGS文库制备的突破性解决方案及应用:专访NEB产品经理Fiona Stewart及Sanger研究所Michael Quail

近日,以“促进、发展、共赢”为主题的NEB第三届NGS技术交流峰会圆满落下帷幕,北京、上海、香港三地500余名领域内专家参与了此次盛会。在主办方的邀请下,测序中国对本次大会参会嘉宾——NEB二代测序产品经理Fiona Stewart博士NEB重要合作伙伴、Sanger研究所的Michael Quail博士进行了专访。作为基因组学领域最负盛名的研究机构之一的Sanger研究所,在NGS领域有哪些珍贵经验?在NGS逐步普及和深化的今天,NEB又有着怎样的定位和规划?希望本次专访能够为读者带来NGS实验技术及应用的国际视角。

测序中国:欢迎二位专家的来访!金秋时节在中国意味着成熟和收获,本次NGS技术应用交流峰会的举办,正是NEB和众多合作伙伴多年来在NGS领域不懈努力的最好证明。请问二位对本次大会有什么想法和期待?

Stewart博士:很高兴来到中国。本次大会为我们提供了一个绝佳的机会去面对面地了解中国的科学家们在NGS领域的探索和实践,去聆听他们短期的和长期的研究计划,去分享每一个人的实践经验,从而推动行业的技术创新。

▲ Fiona Stewart 博士

Quail博士:这是我人生中第一次中国之行,在过去基因组学研究更多地以美国为中心,大多数会议也都在美国举办,但是十年之间欧洲和亚洲在基因组学领域取得了长足的进步。我期待在本次大会上听到中国同行们的声音。交流是发展的催化剂,Sanger研究所是一个国际性的机构,我们抱着开放的心态,期待着与包括中国在内的世界各地的研究者们紧密合作。

测序中国:正如您所说的,NGS在过去十年间取得了显著的发展。您认为测序技术未来的发展方向是怎样的?会有哪些新的应用出现?

Quail博士:“新一代测序(Next Generation Sequencing)”这个名词被人们说了很多年了,实际上NGS就是我们这个时代的测序——一个庞大的产业——正在以前所未有的广度和深度影响着我们的生活。随着更加先进、通量更大、成本更低的测序仪不断被制造出来,部署到越来越多的地方,我们梦想中的那些应用将会一步步成为现实。

比如说,我们可以通过对食物的测序来确定它的产地,或是评估是否存在污染。便携式的快速测序设备也是一个重要的方向,它可以帮助我们随时随地监测身体的状态,为日常保健服务。另一方面,大规模的测序仪将会极大地促进我们的基因组学研究。

▲ Michael Quail博士

测序中国:基于对测序技术未来发展趋势的判断,NEB希望在NGS的广阔市场中扮演一个什么样的角色?

Stewart博士:样品上机前的准备只会越来越重要。高质量的文库是测序的基础,与此同时我们也面临着多样化样品类型的挑战,这也是NEB专注的方向:扩展样品的类型,允许更低的起始量,助力用户突破样品的限制,成功地通过测序获取想要的信息

从用户的角度讲,根据样品的实际情况选择合适的试剂盒可以为实验打下良好的基础。比如NEBNext®系列试剂盒,不管是较低的核酸起始量还是正常或较高的起始量都可以使用,给予用户较大的灵活性。高效的试剂盒让PCR-free建库成为可能,抑或在低起始量的情况下尽量减少PCR循环数。另一个要点是稳定性。用户的样品是很珍贵的,我们不可能尝试去建库一次、两次、三次……直到获取理想的结果,所以稳定性和可靠性是NEB对产品的一贯追求

▲New England BioLabs

测序中国:说到样品准备,Quail博士,您在大会演讲中谈到了您的团队在Sanger研究所构建高质量文库的实践经验。能否向我们的读者分享一下,您认为成功的文库制备有哪些要点?

Quail博士:根据我的经验,消除偏差(bias)和提高效率(efficiency)是最为重要的两点因素。首先谈谈偏差。我们希望文库能够忠实地反应基因组的实际情况,在实验过程中,温度、PCR循环数都是重要的参数。过多的PCR循环会导致偏差的产生,或部分reads的丢失;DNA打断也很重要,如果片段的长度分布比较理想,对于测序会大有裨益。

另一方面,高效的酶可以让尽可能多的reads连接上adapter,这一点是非常关键的,不同的试剂盒差距可以达到10倍左右,这意味着什么呢?如果你使用效率高的试剂盒,就可以接受更低的DNA起始量,更少的PCR循环数,对于cffDNA(cell free fetal DNA)或ctDNA的研究者来说,实现低起始量样品的文库构建将很有价值。

试剂盒效率的重要性在我们团队针对疟疾的研究工作中得到了很好的体现。疟疾(malaria)是经按蚊叮咬或输入带疟原虫者的血液而感染疟原虫所引起的传染病,对于非洲地区的人民特别是儿童的生命健康构成严重威胁,所以针对疟疾的研究很有现实意义。我们在研究过程中遇到的一个挑战是样品量不够,从患病儿童的血液中提取的DNA本来就很少,当感染程度较轻时样品总量的问题就愈发显著。一开始我们只能实现mg级别的DNA起始量的建库,随着试剂盒效率的提高,目前我们可以实现ng级别的PCR-free文库。显而易见地,新的建库试剂盒拓展了我们可以采用的样品范围,并且描绘出更加广阔未来应用场景。

▲Wellcome Sanger Institute

测序中国:在Wellcome Sanger Institute的官网上有这样一句话:“我们以挑战基因组研究中最为困难的问题为己任(We are tackling some of the most difficult challenges in genomic research)”。作为基因组研究的先锋,Sanger研究所以及它与NEB的合作对我们每个人来说都意义重大。如何评价双方的合作关系?

Quail博士:我们的使命是直面挑战,尝试着开发出更好的工具和方法,造福于整个基因组学领域的研究及应用。这离不开广泛的国际性的合作,包括与研究机构及商业公司。在诸多试剂供应商之中,NEB毫无疑问属于定制化程度较高的一类。像Sanger研究所或美国Broad研究所这样规模较大的研究机构,对试剂的要求通常会超出市面上的通用标准。比如最初建库试剂盒通常包含12个反应,而我们希望可以一次性完成96孔板的全部样品,所以NEB就专门开发了定制化的试剂盒,时至今日这已经成为了市面上的通用标准。

正如这个例子所揭示的,NEB通过与Sanger研究所等机构的合作,聆听客户的个性化需求,开发定制化的试剂盒,可以更好地把握市场的未来发展动向,与此同时科学家们的想法和需要也得到了满足。这是一个典型的双赢模式,我认为它为研究所和商业机构间的合作提供了一个很好的范式

Stewart博士:与Sanger研究所的合作关系对于我们意义重大。我们需要关注客户针对不同类型、起始量的样品的个性化需求,但除此之外我们还希望理解客户所研究的生物学问题。随着表观遗传学、单细胞等领域的研究不断深入,NEB也将致力于提供针对甲基化测序和单细胞测序的高品质文库构建试剂盒。

在甲基化测序方面,我们开发了一种全新的方法,采用酶促原理替代重亚硫酸盐处理。我们知道重亚硫酸盐处理是一种较为激烈的方法,会对DNA造成损伤,而新的酶促法则更为温和,可以得到更长的片段,从而提升比对率,降低duplicate,找出更多的CpG位点。

而在单细胞测序方面,新的NEBNext®单细胞/低起始量RNA建库试剂盒为用户带来了全新的体验。低至2pg-200ng的RNA或单细胞RNA文库均可得到最大化的数据产出,从而帮助我们在微量样品中找到低丰度的转录本。无论是原代细胞或是培养细胞,用户都能够通过简化的操作流程完成建库步骤,尽可能避免人工带来的偏差。

对于NEB来说,与Sanger研究所的合作带来了许多宝贵的经验,也催生了许多有价值的想法。我们被Sanger研究所以及本次大会上所有NEB合作伙伴的研究成果所深深鼓舞。在未来的NEB技术应用交流峰会上,我期待看到更多合作单位在生命科学和医学领域的伟大探索。

▲NEB 第三届 NGS 技术应用交流峰会活动现场

结语 

作为拥有40余年历史的NEB,自NGS兴起以来,一直是NGS领域上游的主流供应商。顺应技术发展的潮流,NEB在本次大会上展示了他们为针对不同类型NGS样品制备推出的突破性解决方案。在这背后,是NEB团队对科学精神的一贯坚持和对卓越品质的不懈追求。NGS的发展和繁荣,离不开每一个参与者,每一家从业机构的努力和自律,也离不开广泛的交流与协作,希望下一次NEB技术应用交流峰会,能够为我们带来更多精彩的NGS故事!

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本文由 SEQ.CN 作者:白云 发表,转载请注明来源!

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