NC|自动化微流控技术在微生物基因组学的应用 2017-03-10 MicroNS感染频道华大医学 Micro-NGS 感染频道 导 根据国际期刊 Nature communications在2017年1月发表的文献报道, 代高通量测序技术应用于微生物基因组学的研究中,样本制备是一大重点与难 读点,而新兴的自动化微流控样品制备平台,集成了从原始的细胞样本到测序文 库构建的关键步骤,实现了技术壁垒的巨大突破。此平台一次可以处理96个样 品,比常规方法要求的DNA投入量低100倍,且能保证高质量的数据产出,尤 其适用于检测抗生素耐药相关的单核苷酸多态性(SNP),可促进基因组学更 广泛的应用于基础研究与转化应用。 原文标题: High-throughput automated microfluidic sample preparation for accurate microbial genomICS 现有样本文库制备技术的不足 1.现有的文库制备技术比较繁琐,细胞裂解、DNA提取、纯化、加接头、片段 选择等操作流程无法集成。 2.全基因组测序(WGS)需要分离培养纯菌株,环境样本中只有约1%的微生 物可通过培养获得纯菌株的足量核酸用于测序。某些较难分离或者难以扩大培 养的微生物的核酸提取量太低,无法达到建库要求,若进行粗放培养或核酸分
子扩增,得到的数据可能来自其他污染菌或存在偏差。 自动化微流控样品制备技术 原理与应用 原理 微流控技术以芯片为操作平台,以微管道网络为结枃特征,依托微机电加工技 术,将实验涉及的分离纯化混合步骤与生化反应等相关装置微小化到芯片上 实现芯片上的过程控制。微流体具备可扩展性,适用于微体积液体的精确调 控,用于测序文库构建能够同时实现通量的提高与核酸输入量需求的减少。 文中介绍的自动化微流控平台是一个70*35mm大小的高密度双层微流体架构, 内含96个管道,96个样本的制备在管道中各自的旋转反应器内完成。细胞裂解 后通过转座酶同时实现DNA片段化和接头的添加,运用固相可逆固定法纯化 DNA,过滤阀可以通过流向控制收集或者释放磁珠来纯化DNA,最终实现96个 样本的独立产物收集。此装置可重复使用
High-throughput automated microfluidic sample preparation for accurate microbial genomIcs 自动化微流控样品制备装置的操作和性能示意图 应用: DNA低输入量的文库构建效率更高:通过处理包括~1000细胞数的大肠杆菌等 四种不同的低输入样品验证,微流控装置将5-15%的输入DNA转化为文库分 子,明显高于其他方法达到的0.5-2%的文库构建效率。 DNA低输入量构建文库支持高准确度的SNP检测:分别比较DNA低输入量 (50pg)微流控建库(50×覆盖度测序),高输入量(24ng)台式机建库 (50×覆盖度测序),以及高输入量“金标准”台式机建库(340X覆盖测序 的样本测序与SNP检测结果,低输入微流控建库与台式建库获得的测序数据分 析的灵敏度和特异性没有显着差异,且未有SNP假阳性检出。 wGS测序准确预测细菌耐药性:基于微流控样本制备与建库的假单胞菌临床分 离株的测序结果显示三种耐药突变,分别对应三种常用于治疗肺绿脓杄菌感染 的抗生素。所有耐药表型测试中观察到的耐药突变都可以在WGS测序数据中找 到对应的SNP突变
微菌落wGS直接测序组装∶新型假单胞菌株的微菌落wGS测序,运用微流控建 库测序组装获得的结果比其他报道中的组装结果更少缺失。基于泥土样本的微 菌落建库及测序组装得到的基因组,运用anti- SMASH工具分析找到抗生素的相 关基因簇与台式建库方法获得的结果大部分相似,但更准确。 High-throughput automated microfluidic sample preparation for accurate microbial genomIcs 低样本输入量的微生物功能性基因组学研究 自动化微流控平台的优势 1.集成细胞裂解、DNA提取、纯化、加接头、片段选择等操作流程,全自动化 的操作减少人为误差,缩短建库时间,实现皮克级别的建库模式,为NGS病原 检测服务的完全自动化提供了技术基础;
2.低样本输入量需求,实现对生长缓慢的病原菌(如结核分枝杄菌)的直接样 本建库与测序分析,推进二代测序在转化医学与临床检测的广泛应用 3.可实现新型临床菌株的基因多样性的精确检测,尤其是耐药突变,辅助临床 精准用药。 点击“阅读原文”,了解详细内容。 频道回顾: ·CMN:二代测序技术(NGS)在临床和公共卫生微生物学方面的应用综述 ·LD|欧洲儿科院内感染大调查-血流感染不容忽视 ·JCV|二代测序在临床标本病毒诊断的应用进展 Nature Reviews Microbiology|病毒基因组测序的临床和生物学应用 Nature Reviews Microbiology细菌大脑之旅-穿越血脑屏障 Trends in Parasitology|人体寄生虫感染诊断新工具-细胞游离DNA 感染诊疗新利器·首款病原微生物基因检测软件获批临床应用! 降低出生缺陷加强肿瘤防控 精确治愈感染助力精准医学
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