引领基因测序进入新纪元 | 普译生物发布纳米孔测序仪PolyseqOne
2024年1月16日，普译生物重磅发布了自主研发的首款纳米孔测序仪——PolyseqOne，引发业界广泛关注。
中国科学院生物物理所所长刘力、北京中关村东升科技园有限责任公司总经理代庆作了开场致辞。刘力所长表示，近年来，新冠病毒的暴发和流行愈发突出测序技术是疫情防控中不可或缺的重要手段，普译生物首款中通量纳米孔测序系统的推出，不仅增强了中国在测序领域的国际竞争力，也为人们生命健康及生物信息安全提供了有力保障。代庆先生表示，PolyseqOne测序仪为普译生物自主研发，该创新成果不仅对企业自身有着深远意义，也为东升科技园的发展注入了新的活力。
广州国家实验室徐涛院士发表了视频致辞，徐院士表示，普译生物致力于从源头推动中国测序产业的发展、降低测序成本，解决了纳米孔测序“卡脖子”难题，并取得重要进展，是国产替代进口的良好示范。PolyseqOne测序仪的发布是一个新起点，期待普译生物后续更丰富的原始创新，也期待其对国际纳米孔测序龙头企业的超越。
在生命科学领域，基因测序一直是研究和理解生命过程的关键所在。随着技术不断进步，纳米孔基因测序以其独特优势，正在引领新一轮的基因科技革命。
纳米孔基因测序，不同于传统测序方法，这种技术可以在不进行PCR扩增或化学标记的情况下，对生物聚合物如单个DNA或RNA分子进行直接测序。这意味着科学家可以更快、更直接地获取生命信息，从而更深入理解生命的奥秘。
相比于目前科研、临床广泛应用的二代测序技术，纳米孔测序技术的优势在于其超长读长、直接测序、快速处理样品、实时输出结果、仪器便携且相对成本低。
二代测序试验过程中需要将完整基因打碎成多个短片段，完成测序后再把不同短片段的数据通过生信拼接成完整 “拼图”，实验和生信操作较为复杂，尤其对于基因重复序列，在数据还原过程中很可能出现错误。而纳米孔测序可以直接对长序列进行测序，减少拼接偏差，提高了整体测序效率。使用纳米孔测序，读长长度仅受限于呈现给设备的DNA或RNA片段的大小，这允许研究者根据需要生成最合适的读长长度。
传统的基因测序方法需要大量的样品处理和长时间等待，而纳米孔测序大大简化了这一过程，实现了样本即来即测，使得基因测序成为一项可以快速完成且节约成本的工作。此外，纳米孔测序技术还能够实时显示测序结果，使科学家们可以更快解读基因密码。
随着基因测序技术的广泛应用，对操作的简易性、仪器的便捷性和结果的时效性提出了更多要求。纳米孔测序体积较小，凭借其独特的便携和高效性，让科学家们可以随时随地进行测序，极大地拓宽了基因测序的应用领域。无论是深海、高山，还是遥远的宇宙空间，只要有样本，纳米孔测序仪都能立即进行工作。这无疑将为人类探索未知领域提供了更多可能性。
发布会上，普译生物CEO王大千博士介绍了PolyseqOne测序仪的原理及优势。
PolyseqOne纳米孔测序仪的诞生并非一蹴而就，而是核心团队历时十余年纳米孔蛋白和精密仪器开发经验的积累。故事起源于2011年，黄亿华博士鉴定了纳米孔道蛋白CsgG，并解密其原子水平结构。十年后，核心团队完成了纳米孔测序的原理样机。故事加速于2021年11月，普译生物成立，快速推动了测序仪的研发及产品商业化。而今，凝聚着众多核心科技突破于一身的便携纳米测序仪PolyseqOne诞生，吸引了万千瞩目。
在纳米孔测序仪的研发中，测序准确性和测序速度是两项重要指标。
核心技术突破，奠定了PolyseqOne高精准度的技术基础
根据公布的数据，PolyseqOne纳米测序仪准确率>97%，其中测序复合体系，特别是纳米孔蛋白和控速蛋白两种核心蛋白的优化，对提高测序的准确性和可靠性至关重要。
显然，纳米孔测序的核心是纳米孔蛋白。普译团队通过生化筛选、人工设计及蛋白质工程改造，研发了自主知识产权的新型X系列、L系列和P系列生物纳米孔蛋白，数百上千次的突变改造使纳米孔蛋白具有更好的核酸捕捉效率和碱基分辨能力。
控速蛋白是一种马达蛋白，它能够在核酸链上运动，从而起到了控制电场力下核酸链通过纳米孔的作用。在特定电压下，控速蛋白在核酸链上的运动速度决定了核酸通过纳米孔的速度，也就是该核酸链测序的速度。普译团队已经完善了包括M系列蛋白在内的多种控速蛋白。通过突变和测序条件的改变，M系列控速蛋白可以实现150 nt/s到450 nt/s的测序速度选择。
突破技术壁垒，自研测序核心元件支撑性能飞跃
据王大千博士介绍，普译生物此次推出的测序仪PolyseqOne，温控精度可至±0.1℃。与之匹配的PolyseqCell芯片基于硅基半导体ASIC专用集成电路技术，并整合了MEMS微阵列以支撑测序复合体系。
ASIC测序芯片的研发是一项长周期、高投入、高风险的任务，但对于纳米测序仪的研发是一条必经之路，也是突破“卡脖子”技术的荆棘之路。经过团队多学科合作研发，普译生物PolyseqOne测序系统使用的PolyseqCell测序芯片是一款具有2560个测序单元的中通量测序芯片。每张PolyseqCell芯片最高可获得15-20 Gb的高质量测序数据。目前已实现的最大读长超过 200 Kb 。
在软件控制上，PolyseqOne的测序软件兼容Windows、Linux系统。控制系统与测序反应实时互动，可在测序的同时进行实时输出测序统计信息。
独特解码算法和测序策略，助力测序准确和速度提升
如何将输出的电信号快速准确转化为核酸信息，这就为内置的软件构架和解码算法提出了较高要求。另外，PolyseqOne采用自主研发的基于多重深度学习算法的高准确度解码算法和独特测序策略，验证中位数准确度优于97%。序列解码已经整合到控制软件中，因此PolyseqOne系统可以实现实时解码和序列直读，这也使根据实时序列信息对测序流程进行控制成为可能。
陈润生院士表达了对PolyseqOne测序仪期盼以及对国内测序仪领域的展望。陈润生院士曾参加人类基因组和水稻基因组草图的绘制，对测序仪有着特别深切的感受。90年代初所使用测序仪长度可达1kb但通量较小，测序工作开展困难。陈院士表示，PolyseqOne测序仪的发布不仅标志着中国能够在测序仪领域走在国际前列，也为人类健康带来了更加丰富、实际的福祉，希望国内测序仪能更迅速地发展壮大。
会上，陈润生院士为大家带来了题为“人工智能大模型”的报告，介绍了大模型的发展与现状，大模型有望为测序仪的发展提供帮助。近几年，人工智能模型领域蓬勃发展，国内外不断涌现了大量大模型公司，AI也成为了当下人人口中的热词，受到了人们的广泛关注。大模型指通过在大规模宽泛的数据上进行训练后能适应一系列下游任务的模型，能大幅提升人工智能的泛化性、通用性、实用性。与先前系统相比，大模型实现了自然语言处理与多模态融合，是人工智能迈向通用智能的里程碑技术。
大模型应用领域广泛，尤其是在生命科学领域，许多公司已开发了相应的医学算法模型，来帮助医生进行诊断及制定治疗方案，如Google公司推出的全科医疗大模型Med-PaLM等。陈润生院士团队也开发了一个医学多模态数据智能整合计算平台——灵枢™，能够将当前生物医药的大数据整合在一个大模型中，其核心内容包括1个算法框、3个医学应用和3类多模态数据。目前，陈润生院士团队正在探索性地将中医药相关数据整合到该模型中，希望实现“中西医结合”，为疾病治疗带来更大的益处。
作为首批使用PolyseqOne的专家之一，中科院生物物理所王祥喜研究员介绍了使用其在呼吸道合胞病毒（RSV）研究中所取得科研成果。RSV是一种RNA病毒，也是造成“一老一小”呼吸道重症疾病的重要病毒病原，引起了全世界科研人员的广泛关注。
王祥喜研究员
借助生物物理所研究平台和PolyseqOne测序仪，王祥喜研究员团队解析了RSV病毒的结构（RSV-A/B），并与重庆儿童医院合作对中国过去20年RSV病毒的流行情况进行了监测，对超2,000个RSV全基因组序列进行测序。研究团队使用NGS测序和PolyseqOne测序仪对肺泡灌洗液样本进行了检测。结果显示，相较NGS测序，PolyseqOne测序仪流程简单、测序时间较短、操作容易。PolyseqOne测序仪能够很好地还原PCR扩增结果；能够通过捕获的长片段（2000bp），无需拼接即可确认毒株是否存在，仅通过单一片段即可区分RSV的A型和B型；可节省时间和通量，快速发现目标病原体。此外，PolyseqOne测序仪的精度也远超NGS测序，有助于 RSV疫苗的研发。
在科技飞速发展的今天，基因测序已经从遥不可及的科技奇迹变成了触手可及的现实。作为引领这一革新的关键技术，纳米孔测序正在为基因测序领域带来前所未有的突破。
基于优异的性能指标，PolyseqOne已经在人类基因组测序、动物基因组测序、植物基因组测序、临床罕见病诊断、肿瘤学应用、移植病原体感染性疾病等领域展现出广阔的应用前景。同时，由于其快速、便携的应用属性，科学家可以带着仪器深入太空、海洋等极端环境，进行现场测序，实时解析生物种群变化、病毒变异等重要信息，PolyseqOne在病毒病原体的快速识别、病毒的扩散监测、野外环境快检领域和未知领域探索也展现出巨大的应用潜力。
目前，全球范围内我国纳米孔测序仪的商业化进程仍处于追赶状态，普译生物肩负纳米孔测序仪自主可控的国产化使命。成立仅两年多的时间，普译生物的盲测测序准确度已达到国内领先水准，获得多个产业机构认可，团队也展现出深厚的技术储备和高效执行力，我们有理由相信，这个团队将为我国基因测序行业持续带来技术革新。
未来，随着纳米孔测序技术的不断成熟和商业化进程的加速推进，必将在生命科学领域发挥更加重要作用，为生命科学领域研究和创新强势赋能。
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