年度创新：IonPGM半导体测序仪

【导读】Rothberg博士的梦想是打造测序领域的“数码相机”，既实惠又易用，还能快速得到结果。他确实做到了。与其他测序平台相比，Ion PGM™ 测序仪快速、简捷，扩展性好，更关键的一点是，价格实惠。它让测序平民化，让每个实验室都触手可及。

　　半导体技术已经改变了它所触及的每一个行业，从计算到摄影再到音乐。如今，它正在改变生命科学。也许，你很难想象，一块半导体芯片就是一台测序仪，但事实上，Life Technologies的Ion 个人化操作基因组测序仪（PGM™）正是如此。难怪在2010年美国基因组生物学技术进展年会上甫一亮相时，就立刻惊艳全场。

　　当时，这台测序仪还不属于Life Technologies，它的制造商是没啥名气的Ion Torrent公司。这家公司总部位于美国康涅狄格州吉尔福德，是由Jonathan Rothberg创办的。是不是觉得这个名字有些耳熟？没错，他正是454生命科学的创始人。2007年他成功将454卖给了罗氏公司，之后创办了Ion Torrent。去年8月，Life Technologies收购了这家公司。

　　Rothberg博士的梦想是打造测序领域的“数码相机”，既实惠又易用，还能快速得到结果。他确实做到了。与其他测序平台相比，Ion PGM™ 测序仪快速、简捷，扩展性好，更关键的一点是，价格实惠。它让测序平民化，让每个实验室都触手可及。因此， Ion PGM™ 测序仪在推出以来的6个月内创下了多项纪录。它的通量已提高了10倍，它的流程成为行业中最快的，并且它是世界上销售最快的测序仪，已发往40多个国家。

　　Ion Torrent技术使用专有的大规模并行半导体传感器芯片，对DNA复制期间产生的氢离子开展实时测定。离子半导体芯片上高密度的孔阵列提供了数百万个单独的反应器，而集成的流体通路让试剂流过整个传感器芯片。这种流体体系、微体系机械设计和半导体技术的独特组合，让我们能够将遗传信息（DNA）直接翻译成数码信息（DNA序列），快速生成大量的高质量数据。点击索取Ion PGM测序仪的更多资料

　　扩展

　　英特尔的创始人之一戈登•摩尔曾提出过著名的摩尔定律，即集成电路中可容纳的晶体管数量将每两年翻一番。而Life Tech和Rothberg似乎并不满足于此，他们许下每六个月将PGM产量提高10倍的承诺。如今，新的Ion 316™ 芯片有着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™ 芯片将带来1 Gb的通量。这三种芯片都能用于Ion PGM™测序仪，为用户带来了灵活选择通量的灵活性，从10 Mb到1 Gb。

　　简捷

　　Ion Torrent使用半导体技术和简单的试剂对DNA进行测序，而并非使用光作为中介体。Ion Torrent将化学信号转换成数码信息，就像一块CMOS芯片将光子转换成像素。无修饰的核酸，无需酶化学级联，无需任何荧光和化学发光。仅适用经济的标准试剂。

　　快速

　　Ion PGM™ 测序仪拥有目前最快的新一代测序流程，从构建文库到数据分析，不到8小时。就测序运行本身来说，对于100 bp读取，全新的Ion 316™芯片需要2小时运行时间，与Ion 314™芯片相同。在测序短读取时，运行时间缩短至1小时内。单日流程加快了研究周期和文章发表，可实现更多的研究和市场应用。

　　基于此，在德国暴发大肠杆菌疫情时，多个研究机构都第一时间采用了Ion PGM™ 测序仪。德国明斯特大学医院的Dag Harmsen博士认为：“从我这个公共卫生官员的角度来看，（PGM的）最大优势在于其快速，而速度也是此刻最需要的。”

　　开山之作

　　也许有些人质疑Ion PGM™测序仪是否真的如广告单页上宣传的那样好，但同行评议的文章应该会让他们信服。上个月，Life Technologies的研究人员在《Nature》在线版上发表了第一篇大作，介绍他们如何利用半导体测序的策略对细菌基因组和人类基因组进行测序。

　　研究人员首先利用此平台对费氏弧菌和沼泽红假单胞菌进行了de novo基因组测序，覆盖度分别为6.2倍和6.9倍。之后，他们利用更大的离子芯片，对大肠杆菌的基因组进行了3次测序，覆盖度在11.3-58.4之间。

　　研究人员报道，对于每次读取的前50个碱基，每个碱基的准确率超过99.6%，对于前100个碱基，大约在98.9%。在包含均聚物的部分基因组，准确率有所下降，但5碱基均聚物的准确率仍达到97.3%。读长基本在100 bp左右，但有些也达到了200 bp甚至更长。

　　之后，他们对利用大约1000块离子芯片，对戈登•摩尔先生的核基因组进行了测序，平均覆盖度达10.6倍。研究小组发现了大约260万个SNP。其中99.95%的杂合基因型和99.97%的纯合基因型通过ABI SOLiD产生的序列得到了验证。

　　应用

　　Ion PGM™ 系统实现了所有可能的测序应用。以创纪录的时间开展多重扩增子测序。此外，200 bp的读取让长扩增子测序成为可能。在微生物测序项目中，Ion PGM™ 系统能带来最优的结果，极其均一的覆盖和长读长。316和即将上市的318芯片则更适合转录组、小RNA测序以及ChIP-Seq。

　　美国国立癌症研究院翻译基因组学实验室的主任Stephen Chanock也很看好这一平台。他认为该技术不仅便宜，测序准确度也很高。当然，就准确度而言，Ion PGM™测序仪还是比不上目前最大、最昂贵的测序仪。这些大家伙花费几十万美元就可以在一次测序反应里得到数百Gb的碱基序列，它们是目前进行高精度人类基因组测序工作的首选。而PGM测序仪则比较适合进行快速、小规模的测序工作，比如对细菌的基因组进行测序或者对很多人基因组里的某一个基因区域进行测序，以帮助确诊疾病等。

　　据Rothberg介绍，Ion PGM™ 测序仪的读长很快将达到400 bp，而更高通量的318™ 芯片也将上市，也许，未来的天地更加广阔。