三代长读长测序目前的准确率确实低于二代测序,但这并非不可逾越的障碍。当前,长读长测序的核心突破点在于通过优化测序酶、改进纠错算法以及发展合成长读长技术,逐步克服单分子测序的“错误率”难题,同时保留其超长读长和直接测序RNA等独特优势,这正是该技术被《Nature Methods》评为“2022年度最佳技术”并被视为未来方向的原因。

准确率瓶颈的成因与现状

长读长测序(三代测序)的准确率约95%,低于二代测序(>99.9%),主要源于其单分子测序原理的“噪音”。二代测序通过PCR扩增后读取短片段(不超过200BP),再用算法还原,精度高但无法准确处理重复序列。而三代测序无需扩增,直接从头读到尾,但单分子通过纳米孔时,电信号或荧光信号的微小波动会导致碱基识别错误,例如将“嘻唰唰”读成“喜剧刷”。这种“唱错”的问题在基因组重复区域尤为突出。

不过,长读长技术的独特价值在于它解决了二代测序的“盲区”——凭借最长达2.4 M的读长,它能完整跨越复杂重复区域,这正是T2T联盟在2022年完成首个真正完整人类基因组序列的关键。因此,准确率与读长之间的平衡,构成了当前长读长测序的核心竞争壁垒。

主流技术路线与突破路径

业界围绕准确率提升,主要沿三条技术路线展开:

  • 改进测序酶与纳米孔:PacBio和Oxford Nanopore(ONT)作为两大技术路线代表,持续优化DNA聚合酶和motor蛋白,以降低单分子测序中的随机错误。PacBio利用荧光信号时间识别碱基,ONT则通过电流变化结合模式识别算法确定序列,两者的酶工程迭代是提升准确率的基础。
  • 纠错算法与合成长读长:通过算法对原始读长进行校正,或采用变通方式——如illumina宣布推出的长读长产品Infinity,外界普遍猜测它将使用合成长读长技术,即通过短读长片段拼接出长读长信息,兼顾精度与读长。
  • 直接RNA测序:ONT技术可直接对RNA进行测序,避免逆转录引入的突变和偏向性,在RNA病毒研究和基因表达分析中具有独特优势。

常见问题

三代测序准确率只有95%,为什么还能被《Nature Methods》评为年度最佳技术?

因为长读长测序解决了二代测序无法处理的基因组重复区域和结构变异问题。它凭借超长读长,能完整跨越复杂序列,这在完成首个完整人类基因组序列等重大科研项目中起到了不可替代的作用。准确率虽低,但通过算法纠错和酶工程迭代,其应用价值正在快速提升。

三代测序和二代测序哪个更好?

两者并非替代关系,而是互补工具。二代测序(如illumina)在临床诊断中凭借高准确率(>99.9%)和低成本占据主流;三代测序则在重复序列解析、结构变异检测、直接RNA测序及实时便携测序(如MinION可在极地、太空使用)方面具有独特优势。实际应用中,常采用“混合测序”策略,用二代保证精度,用三代覆盖长读长区域。

长读长测序在临床诊断中能落地吗?

正在快速推进。截至2022年底,贝瑞基因累计服务三代测序检测样本量突破10万人份,服务终端客户超过1500家,其三代地贫检测效能已获检验医学顶级期刊《CLINICAL CHEMISTRY》关注。此外,齐碳生物等国内企业在2022年完成7亿元融资,资本与临床应用双轮驱动,正在推动三代测序从科研走向罕见病、肿瘤等临床场景。

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