从PCR扩增到DNA纳米球，基因测序技术演进中的关键拐点有哪些？

基因测序技术的发展历程中，从PCR扩增到DNA纳米球（DNA Nanoball，DNB）的转变是一个关键拐点。这一演进的核心在于解决传统PCR扩增带来的错误率累积问题，而华大智造自主研发的DNBSEQ测序技术正是这一系统性重构的代表，它通过滚环扩增取代PCR，从扩增到读取环节实现了整体革新。

从PCR到滚环扩增：错误率问题的解法

在基因测序中，测序前的核酸样本扩增至关重要，但常规PCR扩增方法容易带来较高概率的错误率累积。这是因为PCR在扩增过程中会不断复制已有的拷贝，错误会随着扩增轮次逐级放大。

DNA纳米球技术的核心突破在于改变了扩增逻辑：以经文库制备步骤加工过后的双链DNA为起始物，先通过环化形成环状DNA产物，再在DNA聚合酶的作用下进行滚环扩增。由于每次扩增都是基于最原始的DNA单链模板，可最大程度降低扩增时发生拷贝错误的概率。这一原理层面的改进，从源头降低了错误率的累积风险。

DNBSEQ：从扩增到读取的系统性重构

DNBSEQ测序技术是华大智造基因测序仪所使用的源头性核心技术，其重构不止于扩增环节，而是覆盖了从文库制备到信号读取的完整链条。与DNA纳米球制备相关的技术及测序反应中部分技术都属于DNBSEQ测序技术，主要包括DNA单链环化和DNA纳米球的制备与加载、CoolMPS技术、双色测序技术，以及与上述核心技术配合的流体和光学检测技术和碱基识别算法等。

这一系统性重构带来了几项关键特性：

其中，CoolMPS技术通过在测序过程中引入未标记的核苷酸和四种可与不同碱基发生特异性结合的荧光标记抗体来识别碱基，每个测序循环都添加天然的无标记碱基，可有效避免DNA错误积聚对后续读取准确性的影响，让碱基识别更清晰，从而实现更准确和更长的测序。

此外，与DNBSEQ配套的规则阵列芯片技术采用半导体加工工艺，在硅晶芯片表面形成结合位点阵列，实现DNA纳米球在芯片上的吸附和高密度规则排列，每个结合位点只固定一个DNA纳米球，降低了背景噪音，保障了测序准确度。

技术拐点背后的驱动力

从PCR到DNA纳米球的演进，背后是基因测序行业对更高准确率、更低成本的持续追求。基因测序仪的超摩尔定律发展带动了行业高速增长，根据BCC Research的数据，全球基因测序市场规模由2010年的24亿美元快速增长至2019年的156亿美元，复合增速在20%以上。

华大智造的技术源头来自收购的美国公司CG，在其技术基础上完成了一系列技术和专利的完善，最终成为中国唯一、全球仅三家能够自主研发并量产临床高通量基因测序仪的企业。其DNBSEQ测序技术已通过形成专利实现知识产权保护，构成了自主可控的源头性核心技术体系。

常见问题

DNA纳米球技术与传统PCR扩增的根本区别是什么？

根本区别在于扩增模板的选取。PCR扩增会不断复制已扩增的拷贝，错误会逐级累积；而DNA纳米球技术采用滚环扩增，每次扩增都基于最原始的DNA单链模板，可最大程度降低扩增时发生拷贝错误的概率。

DNBSEQ测序技术有哪些核心优势？

DNBSEQ测序技术具有提高测序准确率、降低重复序列、减少标签跳跃等核心优点，因其测序准确率高和重复序列低等独特优势，可有效支持全基因组测序与外显子测序等应用场景，保证数据质量，减少数据浪费。

双色测序技术和CoolMPS技术分别解决了什么问题？

双色测序技术使用两种荧光对四种碱基进行混合标记，通过产生不同的光信号组合被高分辨率相机采集并转化为基因序列。CoolMPS技术则通过引入天然无标记碱基和特异性抗体，可有效避免DNA错误积聚对后续读取准确性的影响，实现更准确和更长的测序。