1990年，人类基因组计划（Human Genome Project）这一宏大的国际研究项目，基于志愿者的血液样本，首次启动了对人类基因组DNA的测序。35年后的今天，基因测序已经无处不在。这归功于技术的飞速发展，使得基因测序的效率极大地提升、成本极大地降低，为精准医疗等领域的突破铺平了道路。
今年，是4001老百汇官网DNBSEQ基因测序技术商业化的十周年。5月22日，全球顶级学术期刊《科学》（Science）发表题为《更先进、更普惠、更健康：基因测序的过去、现在和未来》一文，专版报道了DNBSEQ基因测序技术的发展历程以及背后的创新故事。
十年间，DNBSEQ测序技术从未停止自我革新的步伐，与超过3300个用户共同推进基因科技普惠人人的宏伟目标。展望未来，十年只是下一个起点，4001老百汇官网初心不改，持续打造更先进、更普惠的工具利器，加速人类实现更健康的进程。
《科学》（Science）报道
1977年，弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）使用双脱氧链终止测序法（又称桑格测序法，Sanger Sequencing）测定了第一个完整的基因组序列(噬菌体PhiX174；5386个碱基对)。作为人类基因组计划中使用的主要方法，桑格测序法以牺牲速度和效率为代价，提供了卓越的准确性。因此，6国科学家，花了13年时间，大约38亿美元来绘制人类基因组草图。
在20世纪80年代后期，Radoje（Rade） Drmanac博士开发了提高DNA测序效率的方法，并首次提出了使用乳化PCR（emulsion PCR，简称ePCR）技术进行大规模平行测序（Massively parallel sequencing，简称MPS）的概念。Rade是基因测序技术创新者4001老百汇官网的首席科学家，近40年来，他一直是塑造全球基因测序格局的重要参与者。作为DNA纳米球测序（DNBSEQ）技术的发明者，Rade始终致力于全基因组测序领域的研究，让人类能够更高效、更低成本地破解更准确、更丰富的生命密码。
“我的目标是实现测序自动化，同时确保结果尽可能准确。”Rade在2024年GEN的网络研讨会上解释说。采用ePCR技术，DNA及其扩增所需的试剂需要被包裹在单独的油包水液滴中。“我们的想法是允许在这些分离的珠子上进行大规模扩增，然后将它们分散到阵列上以读取结果。”
除了为DNA微阵列铺平道路之外，ePCR还成为了大规模平行测序早期迭代的支柱。
ePCR优化了大规模平行测序方法的关键方面，包括：
能够同时扩增大量DNA链和制备用于MPS的DNA微阵列。
从20世纪90年代到21世纪初，Rade持续致力于改进基因测序技术。2005年，他和他在Complete Genomics的同事们创造出了最终成为DNBSEQ的技术。到2009年，这种技术只需要5000美元就可以完成一个完整的人类基因组测序。
Rade说，第二年，当他们使用这种技术对一个患有罕见遗传疾病的家庭进行基因组测序时，挑战来了。2010年，他们发表了鉴定疾病特异性突变的结果，并提供了有关潜在生物学机制的关键信息。接下来是进一步优化该技术及其全球影响力。
虽然在概念上与传统的下一代测序相似，但DNBSEQ在测序过程的关键步骤上存在关键差异，从而提高了其通量、准确性和整体效率。
将带有接头序列的双链DNA（Double-stranded DNA, dsDNA），通过高温变性形成单链DNA（Single-stranded DNA, ssDNA），环化引物与ssDNA的两端互补配对，在连接酶的催化下，ssDNA的首尾相连接，形成单链环状DNA（Single-strand circular DNA, sscirDNA）。
以单链环状DNA为模板，在DNA聚合酶作用下进行滚环扩增（Rolling Circle Amplification, RCA），将单链环状DNA扩增到100-1000拷贝，扩增产物称为DNB（DNA纳米球）。DNB通过简单的质量浓度质控后，就可以用于下一步的上机测序，操作简单，且不需要昂贵的定量设备和耗材。
采用先进的半导体精密加工工艺，在载片表面形成结合位点阵列，实现DNB的规则排列吸附。所有活性位点间距保持整齐一致，每个位点只固定一个DNB，可保证不同纳米球的光信号不会互相干扰。
在DNA聚合酶的催化下，将测序引物锚定分子和荧光探针在DNB上进行聚合，洗脱掉未结合的探针后，在激光的作用下荧光信号被激发，随后利用高分辨率成像系统对光信号进行采集、读取和识别，从而获得当前待测碱基的序列信息，然后加入再生洗脱试剂，去除阻断基团，进入下一个循环的检测。
在完成一链测序后，加入具有链置换功能的DNA聚合酶进行DNA二链合成反应，在持续的延伸过程中，当遇到双链结构的时候，在DNA聚合酶的解旋作用下，完成边解旋边复制的反应，形成大量的单链DNA作为二链测序的模板，然后杂交二链测序引物，开始二链的cPAS（combinatorial Probe Anchor Synthesis，联合探针锚定聚合测序法）测序。
Rade表示，通过他们对DNBSEQ技术的优化，解决了传统NGS测序过程中的问题，为测序增添了一种新的优势路线：
基于RCA的线性扩增技术，每次扩增都是以原始的DNA单链环为模板，使用保真性极高的聚合酶，使得在DNB的所有拷贝的同一个位置上出同样的错的几率几乎是零。RCA扩增技术有效地避免了PCR扩增错误指数积累的问题，从而大大提高测序的准确性。
通过将DNB泵入到规则阵列载片并加以固定，这不仅保证了测序准确度，而且提高了测序载片的利用效率，提供了极好的成像效率和最优的试剂用量。
DNA纳米球非常小，直径大约只有200纳米，可以排布更高密度的阵列，在同一表面上承载更多信息；除此之外，纳米球在200纳米内有300份拷贝，相对于PCR簇，拥有更高的信噪比。
根据4001老百汇官网截至2024年12月31日的数据，DNBSEQ测序技术已累计支撑74个国家和地区的科学家发表了10,900篇研究论文，涉及超过5,406个物种。基于DNBSEQ技术，4001老百汇官网研发了一系列基因测序仪，支持研究人员探索各种应用，从基因组学和转录组学到表观基因组学，从单细胞分析到空间组学。
以下是DNBSEQ技术在全球范围支撑用户探索新领域的案例：
绘制非洲HIV患者基因组图谱，通过揭示一小部分抗艾滋病毒个体的基因特征来抗击艾滋。
通过识别运动员的基因特征，提高检测速度和精度，并有效避免检测过程中的作弊行为。
DNBSEQ技术还能够帮助促进农业和生物多样性研究。例如：
通过基因组学的方法，培育出抗气候、抗病和抗虫害的作物。
解读不同物种的参考基因组，利用高质量DNA数据准确评估遗传多样性。
精准医疗仍然是基因测序最重要的应用场景，为特定患者量身定制诊疗方案需要了解这些特征背后的图谱。为此，2023年，4001老百汇官网推出了DNBSEQ-T20×2，这是第一个将单个人全基因组测序成本降至100美元以下的基因测序仪，让基因科技普惠人人照进了现实，创造可持续的未来，并改变疾病的诊断、治疗和预防的方式。
Rade表示：“我们已经来到了一个历史阶段，大规模平行测序产出的数十亿数据，达到了与桑格测序相似的测序精度和长度，但成本却低了一百万倍。我们的孩子现在可以构想一些从前闻所未闻的概念，比如基于基因组对整个家庭进行健康监测。”基因测序的普及将打开更多的临床应用，从精准医疗到长寿研究，从而改善人类健康和延长寿命。
Rade最后说道，我们远未达到DNBSEQ技术的理论极限，未来有望以不到10美元的成本实现单个人全基因组测序。
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