Ion Torrent基因测序仪.ppt

SemiconductorSequencingforLife IonTorrent离子半导体测序平台为医学与转化医学研究带来新的机遇 新一代半导体高通量Ion测序平台介绍Iontorrent平台在医学及临床诊断领域应用1 肿瘤2 妇婴生育保健领域3 HLA分型4 病院微生物领域IonTorrent部分用户名单 内容 2 3 新一代半导体高通量Ion测序平台介绍 IonSemiconductorSequencing Scalability Simplicity Speed BenchtopSequencingforAll PGM forGenes Proton forGenomes SequencingforAll 2011Q1 2012Q3 IonPGMTMSequencer IonProtonTMSequencer Ion测序技术平台 FirstPostLight sequencingtechnology Founded2007byJonathanRothbergPioneerednextgenesequencingFounded454 CuraGen RaindancePartofLifeTechnologieswithofficesinConnecticut Massachusetts andCaliforniaGlobalmanufacturingsitesAnnouncein2010AGBTLaunchedDecember2010 快速完成检测 PGMChips 314Chip 1 2Mwells316Chip 6 1Mwells318Chip 11Mwells 6 4种dNTP依次流过Ion芯片DNA聚合反应产生的氢离子的直接检测每个碱基的检测只需要几秒 扩展性高CMOS 互补金属氧化物半导体 技术40年的摩尔定律简单天然dNTP无激光光源非光学检测无拍照系统非荧光检测非酶级联放大检测速度快快速完成测序反应 7 芯片就是测序仪 IonPI Chip IonPI Chip用来完成外显子组和转录组测序IonPII Chip完成全基因组测序 165MwellsUpto10Gb60 80MFilteredReads1 2Exomes1 4Transcriptomes 660MwellsUpto20Xhumangenome240 320MFilteredReads4 8Exomes4 16Transcriptomes IonPII Chip Thecontentprovidedhereinmayrelatetoproductsthathavenotbeenofficiallyreleasedandissubjecttochangewithoutnotice SmallGenome Transcriptome 100M 1G 10G SequenceOutputperRun 100G Exome SmalltoLargeGenePanels 10M UnprecedentedScalability10 000 FoldFromIon314 toIonPIII Chip Ion316 Ion314 Ion318 IonPII HumanGenome IonPI IonPIII From1 2MillionSensors to1 2BillionSensors Thecontentprovidedhereinmayrelatetoproductsthathavenotbeenofficiallyreleasedandissubjecttochangewithoutnotice 10 Ion技术平台在各研究领域应用 病源微生物领域 细菌 病毒等denovo全基因组测序菌群宏基因组测序 16SrRNA 耐药菌株筛选 妇婴生育保健领域 新生儿遗传病筛查无创产前诊断胚胎移植前染色体 遗传病检测 试管婴儿 线粒体DNA突变筛查 肿瘤领域 早期诊断 个性化治疗 预后监督 Ion测序平台应用于临床诊断及医学研究 HLA分型 器官移植 个性化药物治疗 1 IonAmpliseq技术应用于肿瘤诊断及个性化治疗 IonAmpliseq技术多重PCR靶向捕获技术 在一个反应管内可同时进行几千重甚至上万重PCR起始DNA量最低仅需10ng 适合FFPE标本及其他微量标本适合降解样本 采用150bp引物扩增设计Readsontarget效率高 96 以上 覆盖均一性好 IonAmpliseqPanels 固定或定制试剂盒 DNA 基因突变筛查 CancerHotspotPanelv2 50个肿瘤相关基因 207个扩增子ComprehensiveCancerPanel 409个肿瘤相关基因 16000个扩增子IonAmpliseqExome 全外显子组CustomPanels 定制客户感兴趣的肿瘤基因CommunityPanels 结肠癌 肺癌 乳腺癌 卵巢癌 白血病 心血管病等RNA 基因表达量筛查 RNACancerPanel 50个肿瘤相关基因RNAApoptosisPanel 267个凋亡相关基因CustomRNAPanels 定制客户感兴趣的肿瘤基因 1 肿瘤热点突变试剂盒 IonAmpliSeq CancerHotspotPanelv2 50个肿瘤基因 207扩增子 2855个热点突变 COSMIC数据库 一天完成检测 晚期直肠癌患者的石蜡切片样本 在配套服务器上分析时间约10分钟PGM检测到的突变 经毛细管电泳测序验证 结果一致黄色标注的是在COSMICDatabase里找到的和肿瘤相关的突变信息 KRAS 直肠癌常见突变 如果患者发生此突变一般需要进行放射性化疗 单抗药物治疗效果不佳 TP53 此突变预示该患者的预后效果会较差 APC 此高频突变常出现在晚期癌症患者 具有诊断意义 金域医学检验中心利用CancerHotspotPanel进行肿瘤基因突变筛查 2 综合肿瘤试剂盒 IonAmpliSeq ComprehensiveCancerPanel P Detectionofsomaticvariantsto 10 allelefrequencyUsewithIon318 Chip 409个肿瘤基因 16 000扩增子 一张318芯片检测一个标本 3 针对客户感兴趣基因定制Ampliseq试剂盒 IonAmpliSeq CustomPanels适用于包括肿瘤等各种疾病研究及诊断 Enteryourcustomtargetregionsupto1Mwithmajorityofdesignscompletedinaslittleas2 5hoursUpto6 144ampliconsperpool withthespecificityanduniformityofPCRDNAtoannotatedvariantcallsinaslittleas10hours 4 合作开发肿瘤试剂盒 IonAmpliSeq CommunityPanels与顶尖的研究人员共同设计 IonAmpliSeq Exome 294 000primerpairsacross12primerpools 24 500 plexPCR 2 4MPCRsperplateof8exomes TotalDNAinputaslowas50ngCovers 97 ofCCDS Release12 19 000codinggenes 198 000codingexons noUTRs miRNAs orncRNAs 85 ofhumandisease causingvariantsfoundincodingregionsorsplicejunctions1Ampliconsizerange225 275bpAverageinsertsizeis 202bpIonAmpliSeq ExomeKitsincludeIonPI Chipsv2 二 Ion测序平台在妇婴生育保健领域中的应用 育龄夫妇遗传病携带信息筛查新生儿遗传病筛查新生儿疑难杂症研究线粒体DNA突变筛查 无创产前诊断染色体异倍性胚胎移植前染色体异倍性检测胚胎移植前单基因遗传病检测 应用1 无创产前诊断 无创产前诊断 检测母亲血浆游离胎儿DNA 华大基因37台Proton 爱建生物32台Proton 无创产前诊断实验流程 华大利用PGM测序平台进行无创产筛发表的SCI论文 13例血浆标本 4例正常 6例T21 2例T18 1例T13每张318芯片检测一个标本 24小时完成实验染色体异倍体检测准确性100 ProtonI可同时检测16个标本 Trisomy13Trisomy18 试管婴儿胚胎植入前单细胞检测染色体多倍性 单细胞扩增基因组DNA 利用PGM测序平台检测染色体多倍性只需要约0 5Mreads即可分析染色体多倍性316芯片可同时检测6 8个样本 318芯片可同时检测12 15个标本1 2天可出检测报告 应用2 胚胎移植前染色体多倍性检测 应用3 胚胎移植前单基因遗传病检测 Evaluationoftargetednext generationsequencing basedpreimplantationgeneticdiagnosisofmonogenicdisease FertilityandSterility 2012 本文中作者对PGM平台用于PGD单基因病检测进行评估选了6对有遗传病的夫妇 其后代得病风险高样本为体外受精后囊胚的滋养外胚层细胞针对遗传病相关的突变位点及indels 分别用PGM测序法及传统的qPCR法进行检测 结果100 一致使用PGM平台进行PGD单基因病检测 准确性高 速度快 成本低 检测方法 IonAmpliSeq 技术 靶向捕获遗传病相关基因进行测序 应用4 育龄夫妇遗传病携带信息筛查 多重PCR靶向捕获技术 最多在一个反应管内可同时进行6144重PCR起始DNA量仅需10ng 适合各种微量标本Readsontarget效率高 覆盖均一性好 相比探针杂交靶向捕获技术 中国患有遗传疾病的人群达几千万 携带遗传病相关基因的人数就更多 这些基因很可能遗传给下一代 因此非常有必要对育龄夫妇进行遗传病相关基因检测 IonAmpliSeq 遗传病检测试剂盒328个基因 10 000扩增子 700种遗传病 OMIM数据库 一天内完成检测 利用IonAmpliSeq 技术靶向捕获新生儿遗传病相关基因使患病的新生儿得以早期诊断 早期治疗 应用5 新生儿遗传病筛查 苯丙酮尿症 先天性耳聋相关基因 纽约州卫生署利用PGM测序平台进行新生儿筛查发表的SCI论文 研发出一套CASM方法 可以从新生儿干血斑中提取基因组DNA通过PCR靶向获取遗传病相关基因 GALC Krabbe症 脑白质营养不良症 PAH 苯丙酮尿症 GALT 半乳糖血症 ACADM 中链脂肪酸去氢酵素缺乏症 ACADVL 极长链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症 利用IonPGM测序仪及一代Sanger法测序仪对5个遗传病基因进行检测 结果一致性 99 6 利用全外显子组测序技术研究疑难杂症 美国一位叫HarrisonHarkins的婴儿 出生9个月之后出现了奇特的症状 独特的面部特征 身体偏小 进食困难 发育停滞 智力缺陷等 贝勒医学院的科学家对这种未知的罕见疾病利用全外显子组测序的方法 找到了一个功能未知基因ASXL3发生了突变 并且婴儿的双亲都没有这种突变 为了进一步证实突变与疾病的相关性 科学家们在全球找到了3名类似症状的小孩 都有这种突变 利用ASXL3突变信息可以用于诊断新生儿刚出生时是否患有这种罕见疾病 尽早采取治疗措施 全外显子组测序技术非常适合于寻找疑难杂症的分子病因 Mitochondrialgenesofdeafness A1555GDeepsequenceforheteroplasmydetection 1000 xcoverageonIon314 Abilitytodo16samplesperrunwithbarcodingAccuratevariantcalling especiallyinhypervariableregionsofmitochondria HumanMitochondrialSequencing Mutationdetectedonposition15450Prof StefanSchusterPenn StateUniversity Rapidresequencingofmitochondrialgenomesfordiseaseresearch biodiversityassessment 应用7 线粒体DNA突变筛查 线粒体疾病 13个编码多肽的基因 线粒体疾病 22个编码tRNA的基因 8long rangePCR enhancer promoterto3 UTRRoche454Junior平台 10个标本 每次运行检测一个标本 成本约 1500persample 每个标本平均100Kreads 41Mb碱基 14 5Mb有效匹配碱基 387 9X测序深度IonTorrent平台 一张316芯片同时检测4个标本 成本约 70perlocuspersample 每个标本平均650Kreads 130Mb碱基 45Mb有效匹配碱基 所以一张316芯片可同时检测更多的标本 成本更低 若用318芯片 可同时检测32个标本 成本可低于 17perlocuspersample 三 Ion测序技术应用于HLA分型 微生物全基因组denovo测序菌群宏基因组测序 16SrRNA 病毒分型耐药菌株筛选 四 Ion测序技术在微生物领域的应用 病源微生物领域1 细菌全基因组测序 大肠杆菌 德国毒黄瓜 炭疽杆菌 葡萄球菌 韩国豆瓣酱 脑膜炎双球菌 阿尔莱特葡萄球菌 来源于心血管病人 葡萄球菌 引起自体瓣膜心内膜炎 PGM初登场 3天破译肠道致病菌 作为一个公共卫生官员 就我个人的观点 IonPGM最大的优点是快速 而快速是此刻所需要的 Prof Dr MedDagHarmen明斯特大学医院 IonPGM使用了最短的时间生成基因组数据 JunQin华大基因 L