这篇文章已经更新了Edico Genome关于Dragen系统定价的评论。
纽约(基因组网)-堪萨斯城儿童慈善医院的儿童基因组医学中心的研究人员改进了他们的快速全基因组测序测试(statseq)的灵敏度、及时性和可扩展性，用于疑似遗传疾病的危重病人。
在一项研究中网上发布在基因组医学昨晚，研究人员描述了他们如何将检测核苷酸变异的灵敏度从不足96%提高到99.5%，并将获得临时结果的时间从50小时缩短到26小时。
“26小时的基因组是一个概念证明，看看可以做什么来推动技术的边界，”儿童慈善机构信息学和软件开发主任、该研究的主要作者之一尼尔·米勒告诉基因组网。vwin德赢ac米兰合作
改进包括改进后的Illumina HiSeq 2500测序仪，具有更快的测序周期，以及来自Edico Genome的Dragen数据分析技术，该技术使用了一种混合硬件-软件平台。vwin德赢ac米兰合作
这项研究由Stephen Kingsmore领导，他最近离开了儿童慈善机构，成为了雷迪儿童基因组和系统医学研究所的首任总裁兼首席执行官，该研究所是圣地亚哥雷迪儿童医院的一部分。
Kingsmore告诉GenomeWeb，更新后的STAT-seq最重要的不是周转时间的减少，而是可伸缩性和灵敏度的提高。“这是一个更好的测试，”他说。
Kingsmore和他的儿童慈善组织发表了原始STAT-seq测试的概念验证三年前。当时，周转时间约为50小时，估计成本为13500美元，检测核苷酸变异的灵敏度为77%至96%，特异性为99.5%。
对于更新的26小时测试，研究人员加快了序列数据生成和分析组件。样品准备时间-包括DNA分离、质量控制和剪切;无pcr库前准备;图书馆的质量控制保持不变，大约7小时。
此前，在快速运行模式下，在Illumina HiSeq 2500上生成簇和对端测序需要25.5小时。研究人员将时间缩短至18至21小时，同时通过引入更快的测序周期、微调加热和冷却的力度、优化整个流池的温度均匀性和调整微流体，保持序列的质量和数量。
然而，节省的大部分时间都在分析方面。对于第一代STAT-seq，使用Ilumina的Casava软件进行间隙比对和变异调用，序列比对、变异检测和基因分型花费了大约15个小时。通过切换到Edico Genome Dragen管道，包括Dragen校准器和变体调用器，科学家们能够将时间减少到40分钟。他们写道，这是可能的，因为德拉根对排序的参考基因组执行高度并行校准，并使用定制的高内存计算机硬件。
儿童慈善基金会的团队还通过“软件重构”，使用核苷酸变异效应软件(RUNES)，将可能的功能后果的变体注释从2.5小时加快到30分钟，他们写道。
最后，新的检测方法不用人工分析和解释变异，而是使用解释软件“变异整合和基因组中的知识解释”(VIKING)，该软件允许根据临床特征、疾病、基因、致病性、等位基因频率、基因型和遗传模式等参数动态过滤变异。
在未来，测试的周转时间可能会进一步缩短。他们写道，定制的机器人技术可以将样品准备时间从目前的7.5小时左右缩短到两个小时。如果读取长度从100个碱基缩短到50个碱基，测序时间可以从目前的18到20小时缩短到10小时，同时保持高特异性和敏感性。
他们写道，进行一项少于24小时的检测可能会带来不同，因为查房“通常是一天一次”，所以早上返回的检测结果可以由整个医疗团队讨论。“这是下一个障碍——当天的结果，”金斯莫尔说。
该团队在两年的时间里，使用几个样本，在两个地点——Illumina的英国站点和儿童慈善基金会的基因组中心——测试了他们26小时测试方案的分析性能。从收到血液样本到做出初步诊断，最快需要26小时。
儿童慈善基金会有两台改良的HiSeq 2500仪器，能够在超高速模式下运行。然而，“对测序过程的一些修改还不能用于实验室的日常使用，”米勒说，所以他和他的同事“在HiSeq 2500上使用标准的26小时快速模式进行30小时的全基因组运行，并在手稿中描述了许多信息学改进。”
Kingsmore表示，目前STAT-seq的“真实”周转时间大约为两三天，这主要是因为实验室目前不是24小时运转的，“所以如果样本在下午4点到达，要到第二天早上才能处理。”
研究人员还试图估算测试的成本。根据这项研究，每个样本的试剂成本约为6500美元，每个基因组的仪器折旧约为714美元，人工成本为70美元，计算成本为100美元，解释和报告成本为70至700美元，每个样本的总成本为7500至8200美元。在疾病诊断中，通常需要对亲子三联体进行测序。“因此，成本是广泛采用的一个重要障碍，”他们写道。
他们说，如果在HiSeq X上进行测试，成本可能会更低，因为HiSeq X的周转时间会更长，达到41小时;或者如果用快速外显子组测序来取代它，成本可能会在36小时内完成，每三个三人组的成本为6500美元，或每三个三人组略高于2000美元。
米勒说:“我们正在积极研究为外显子组测序创造一种‘快速模式’的方法——理想的方法是将外显子组测序的低成本与超快速全基因组的快速周转时间结合起来。”“首先，这对实验室来说是一个挑战，因为为26小时基因组开发的信息学解决方案无需进一步改进就可以用于(外显子组数据)分析。”
从技术上讲，26小时的全基因组测序测试可以使医院将其扩展到更多的患者。例如，每个HiSeq 2500测序仪每年可以运行大约350个样本，研究人员写道。
此外，他们指出，Dragen的硬件和软件具有“可能使基因组测序在许多医院实验室变得可行的规格”，因为它减少了对云计算或大型本地集群的需求。此外，VIKING软件“极大地减轻了基因组分析和解释的负担，并允许快速检查常见的遗传模式。”
Kingsmore表示，Dragen平台的硬件组件成本约为2.5万美元。“对于许多机构来说，在Dragen技术问世之前，他们需要200万到300万美元的超级计算机vwin德赢ac米兰合作来处理基因组。而现在，突然之间，我们有了一个40分钟的解决方案，可以满足任何人的IT预算。”根据Edico Genome的说法，Dragen采用平台即服务的模式，基于数据吞吐量进行分级定价，但未公开价格。
在他们的论文中，研究人员还指出了快速全基因组测序作为诊断工具的一些局限性。例如，对某些类型的变异(如结构变异和三联体重复扩增)的短读测序的灵敏度目前很低，尽管Kingsmore说这可能在未来会改变。
此外，在覆盖率方面可能存在差距，而且缺乏对所有致病变异的知识。然而，他们写道，最大的限制是对意义不确定的变量的解释。
他们写道，26小时测试的临床应用将是那些“在临床情况下，延迟很可能导致严重发病率或死亡率的情况下，指导紧急医疗决策的可能性相对较高”的应用。
儿童慈善基金会已经在新生儿重症监护病房的急病婴儿的研究环境中使用了较慢版本的STAT-seq。今年早些时候，他们发表了一项针对35名婴儿的研究在《柳叶刀呼吸医学》在美国，STAT-seq对57%的病例做出了诊断，其中65%对临床管理有用。
Kingsmore说，他计划在儿童慈善机构和Rady儿童医院显著扩大STAT-seq测试的规模，这是由国家卫生研究院的新生儿基因组医学和公共卫生(NSIGHT)项目资助的研究。