首先声明，作为大学时的生物狗和工作时的挨踢狗，实非基因测序的专业人士。
再说说写这篇文章的缘由，华大基因的BGISEQ-500，自从15年10月发布会以来，就鲜有报道，但作为一款身负基因测序平民化重任的产品，却十分吸引我的眼球。最近心血来潮，打算给自己做个全基因组测序，看了下现有的服务报价，近4万元的价格，艾玛，看不下去了，于是就想起了半年前这款号称平民的产品，却在公开信息中始终查不到价格，回看发布会中价格比同类产品低1/3的宣传，首先想到illumia的HiSeq 2500，这个价格好查，74万美元，艾玛，看不下去了，后来发现选错对象了，NexSeq 500无论从名字还是定位上才是BGISEQ-500的对标，35万美元的价格，砍掉1/3也是100多万软妹币啊，艾玛，买不起总能看看吧，原理先要搞清楚，说不定哪天就买得起了，于是在seq500官网查到以下信息：
视频看不懂没关系，一开始我也没看懂，于是才有了这篇文章。
总结视频中基因测序的步骤：
1. DNA提取与分段
准备样本 -> DNA提取 -> DNA分段 -> DNA片段末端修复 ->
2. DNA片段扩增（纳米球技术）
加接头序列 -> 分离出单股DNA -> 成环 -> 滚环扩增 -> 形成DNA纳米球
3. DNA序列识别
DNA纳米球附着芯片 -> 组合探针锚定连接法测序
4. 分析
碱基读取 -> 数据比对和组装 -> 基因组 -> 结果分析
文字也看不懂？那只能听我瞎掰了，哈哈
抛开细节，只看做了什么和为什么这么做，准备样本和DNA提取不用说了，干活总要把家伙先掏出来吧，为什么要分段，让你看100万字的书不可能一气儿看完，30亿个碱基对也要分开来读，而且碱基那么小，处理和读取时丢失和读错的可能性很大，于是就要多读几遍，反复验证，方法就是把书拆成一页一页，每页都复制个上百遍，装订成小册子（纳米球），那么为什么还要末端修复，因为你拆书的时候总有不小心撕坏书角，丢失了文字，那丢了还怎么修复，因为DNA特殊啊，自带备份，著名的双螺旋结构就是一份信息，两份拷贝，只要另一份拷贝还在，就能根据它还原缺失的书角，后面的加接头序列、分离出单股DNA、成环、滚环扩增都跟DNA的双螺旋结构有关，加接头就是复制书页前标识书页的开头结尾，以便复制后仍能准确地区分拷贝，既然要大规模复制了，只需要一份拷贝就可以了，于是就分离出单股DNA，成环是方便之后的滚环扩增，DNA成了环形，就能让DNA聚合酶绕着环不停地转圈，复制出的上百份拷贝都在一股新DNA上，就像一股毛线卷成了毛线团一样，最后成了纳米球（DNB, DNA Nano Ball）。
完成了书的复制，接下来就要读书了，这里还需要两样关键东西，书桌和眼睛，芯片就是书桌， 问题来了，书已经拆成一页一页了，复制后每一页都是一本书，这么多书都放桌上？对的，书不仅都要放上，而且都要摊开固定，一本一本摆得整整齐齐，这就需要芯片上有整齐的固定点，让纳米球自动附着上去，且不会堆叠，这个就是阵列技术（Pattern Array）。而眼睛是读书的核心，虽然是一个词，却是一整套技术，先把术语抛出来，回头我整明白了再慢慢解释，哈哈，组合探针锚定连接法（cPAS）。
而最关键的分析，就是你还得有个脑子去读懂内容，这里跟普通读书最重要的区别，除了要读n多遍重复的内容之外，你还不是按顺序读的，书没有页码，在拆书的过程中，页的顺序也被打乱了，你现在只有拼图的一些碎片，而任务是先要把读到的片段拼成一本书，好在这些片段都有一些线索，它们会有重叠的部分，至于为什么会有重叠的部分，我还没搞清楚，而这些重叠信息让你能像拼图一样把片段拼接起来，至于会不会有两个长得像的片段被放错了地方，我还没搞清楚，最后的结果是你得到了基因组，还原了这本书，至于你是否读得懂，那又是另一回事，就像一句名言所说，你认得书中的每一个字母，但就是不知道这本书在说什么，后基因组时代的基因组学是一个令人兴奋的浩瀚领域，我们才刚刚入门。
结合视频，我们用纯技术语言重新解释上面提到的三个关键技术（搬砖）：
DNB技术
基因组DNA首先经过片段化处理，再加上接头序列，并环化形成单链环状DNA，随后使用的滚环扩增技术（Rolling circle amplification, RCA）可将单链环状DNA扩增2-3个数量级，所产生的扩增产物称为DNA纳米球（DNA nanoball, DNB），最终纳米球经过DNB装载技术固定在阵列化的硅芯片上。
与其他二代测序技术相比较，DNB测序技术具有以下几个优势：
（1）DNB通过增加待测DNA的拷贝数而增强了信号强度，从而提高测序准确度；
（2）不同于PCR指数扩增，滚环扩增技术的扩增错误不会累积；
（3）DNB与芯片上活化位点的大小相同，每个位点只固定一个DNB，保证信号点之间不产生相互干扰；
（4）阵列化测序芯片和DNB测序技术的结合，使得成像系统像素和测序芯片的面积得到最大化利用。
Pattern array技术
华大基因测序芯片的规则阵列（PatternArray）采用先进的光刻和干法刻蚀技术，在硅片表面形成阵列和对准标记，通过“涂敷深紫外光刻胶--阵列图案曝光—显影暴露局部硅表面—汽相沉积（氨基硅烷修饰）”系列处理，来实现DNA纳米球的固定。硅片最后被分切成25mmX 75mm的小片，成为测序芯片的基底。
cPAS技术
首先DNA分子锚和荧光探针在DNB上进行聚合，随后高分辨率成像系统对光信号进行采集，光信号经过数字化处理后即可获得待测序列。为了实现快速测序这一目标，生化团队探索并优化了大量反应条件，并从上万个酶突变体中筛选得到最优秀的测序酶，使生化反应时间缩短到60秒完成。此外，算法团队的实时图像处理软件，通过自主开发的Sub-pixelRegistration算法，使图像配准精确度达到了亚像素级别，大大提高了碱基识别的准确度；同时，通过Multi-threadparallel compression算法以及对执行效率的优化，实现了图像处理和碱基识别的实时化，数据处理速度处于同行业领先水平。
参考：
