DNA全自动测序仪性能升级研究
万戈江 顾丽波 梁莉 霍文波
中国科学院北京基因组研究所
北京空港科技创业园B-6 北京 101300 010-80481383

       基因测序和分析技术是生物医学的基础技术，被广泛应用于生物科研、医疗诊断、司法鉴定等各个领域。于2000年完成的人类基因图谱极大地推动了人类对自身的认识，以及对人类疾病和相关药物的研发。我国不仅参与了这一历史性事件的进程，而且在随后的水稻等农作物基因组分析的项目中发挥了更大的作用和贡献，而这些都是基于基因测序仪这一核心技术。我国所有的正在使用的基因测序仪都是从美国进口，耗费了大量国内有限的资金，限制了该技术的更广泛应用。基因测序仪是一个高技术的系统集成，可分为电子、光学、机械、信号处理等多个子系统，整个系统的国产化将带动这些相关领域技术和产品的进步，而我们的最终产品因比目前市场产品有所改进和相应知识产权的建立，将使得我国在这一基因核心技术领域占有一席之地。
       随着国内生命科学研究的不断深入，科学仪器的发展需要与时俱进。对中国科学院北京基因组研究所而言，数年前国家投入数亿资金购置的近百台MegeBACE1000测序仪适用范围逐步缩小，正常工作的MegeBACE1000测序仪仅占1/3左右。设备出现了严重的老化问题，平均读长很低。此种情况给测序工作带来了很多的弊端，不仅严重浪费了测序过程中的耗材，导致测序结果的可信度大大降低，同时给后续的信息处理也带来了很多的困难。
       中国科学院北京基因组研究所在DNA测序方面的工作一直引领着国内DNA测序技术的发展。无论是测序前期样品的制备，测序过程的优化及后续结果的生物分析等技术都首屈一指。鉴于设备老化问题，我们研究所在以往对测序仪的使用经验和结构研究基础上，对MegaBACE1000进行了性能升级工作，取得了可喜的成绩。MegaBACE1000是基于毛细管电泳技术和Sanger法发展起来的，并被广泛应用于DNA测序的仪器。
      升级工作主要从光控、温控、化学、电子等方面初步展开，具体包括以下几方面：
（1）比较了多家公司的固体激光器，成功地试验了用轻便高效的固体激光器替代庞大复杂的氩离子激光器的工作。
（2）进一步研究了毛细管电泳技术对DNA分离的影响因素。选用国内生产的毛细管，成功试制了毛细管束，为毛细管国产化奠定了基础。
（3）成功研制了具有自修复性能的毛细管电泳改性胶，使得毛细管再跑样的过程中自动得到保养，在无破损的情况下寿命无现长。
（4）尝试了使用普通的CCD代替光电倍增管收集信号的实验，为进一步改进信号监测系统奠定了基础。
    以下从三个典型升级前后的数据对此升级结果进行了说明，三个样品分别为标准样品M13、及从不同试验室获取的实际测试样品CTRBA_1400和rpctdc0_0077。

        此次试验成功地进行了MegaBACE1000的性能提升工作，使最大读长增至1kbp以上，较之升级前，性能比新出厂的测序仪提升了1/3。
       今后将继续消化吸收国外先进技术，研究影响DNA测序的关键因素，对现有测序仪进一步进行升级，研究所有消耗品的取代；在此基础上开发基于Sanger法和CE技术的新型低成本、高通量、普及型测序仪，实现测序仪的国产化。