新一代测序十年记：第一台测序仪的诞生

　　从454生命科学推出第一台新一代测序仪以来，一晃十年过去了。这十年，正是基因组学高速发展的十年。我们看到了新仪器接踵而至，也看到了新技术不断问世，让人脑洞大开。从当初耗资30亿美元的人类基因组计划，到如今1000美元的人类基因组，测序技术经历了怎样的发展？我们在此作一回顾。

　　454生命科学（454 Life Sciences）可谓新一代测序技术的奠基人。它的创始人是生物界的传奇人士：Jonathan Rothberg。正如苹果砸牛顿一样，任何发明创造的背后都有个故事。Rothberg的版本是这样的。当年，他的儿子一出生，就被送进婴儿特别护理病房接受治疗，那时Rothberg整天都在担心自己的孩子会不会天生有什么问题。于是，他下定决心要开发一种快速便宜的测序技术。

　　2005年，Rothberg的梦想终于实现了。454生命科学等研究人员于7月在《Nature》杂志上发表了一篇题为“Genome sequencing in microfabricated high-density picoliter reactors”的文章，介绍了一种边合成边测序（sequencing by synthesis）的技术，比传统的Sanger测序快100倍。

　　这种技术合成DNA片段，并将它们分开平行测序，再重新组合成基因组。它的效果也通过生殖支原体（Mycoplasma genitalium）这种细菌的测序而得到了证明。在4小时内，研究人员就完成了测序，且准确性超过99.99%。454的方法之所以引起轰动，不仅是因为这个成果，而是因为它绕过了Sanger测序的限制，未来有望使测序时间和成本进一步下降。

　　人类基因组计划的首席科学家Francis S. Collins博士对此评价道：“测序技术需要变得更小、更快速、更便宜，才能满足个性化医疗的承诺。我们期待这种创新技术能够应用在生物医学研究，并最终应用于临床。”的确，随着通量提高100倍，这种技术开辟了测序的新用途，包括个性化医疗、传染病防治等。

　　不久之后，454生命科学与罗氏合作，正式推出了Genome Sequencer 20（GS 20）系统。这是第一台商业化的新一代测序仪，为高通量的DNA测序提供了一个方便的方案。它在PicoTiterPlate上开展大规模并行测序，采用先进的图像处理，并利用独特的数据分析，以获得高质量的结果。样品制备之后，GS 20能够在5小时的运行内至少测序2000万个碱基（20 Mb）。

　　这台仪器甫一上市，就引起了科学界的关注。尽管价格不菲（50万美元），但2005年总共在全球安装了20台，包括Broad研究院、Sanger研究院和JGI，研究成果也陆续发表。此外，GS 20也荣获了多个奖项，包括R&D 100大奖和华尔街日报的2005技术创新奖。

　　在收获掌声的同时，454生命科学也在对GS 20系统进行硬件和软件的升级，希望将读长从100 bp提高到200 bp，甚至400 bp，也力争大幅提高通量。这些后来都实现了。最初的一年，454并没有碰到强劲的对手，但随着Solexa仪器的问世，这一局面很快被打破。