华大同时发布两款纳米孔测序仪，飓风真的来了！

检验之星

梧桐山下，飓风来袭！
华大序风联合华大智造正式发布了两款纸巾盒大小的纳米孔测序仪：CycloneSEQ-WT02和CycloneSEQ-WY01。华大提出了“SEQ ALL”和“全读长”的概念，也宣称其已成为全球首个具备激发光、自发光、不发光测序技术路线的公司。



华大此次纳米孔测序仪发布会，可以说万众瞩目，有幸现场见证测序圈的“黑神话悟空”的发布，着实震撼。在此之前，对于华大要发布的中通量纳米孔测序仪已经有所耳闻，有不少关于其性能的坊间传言。但出人意料的是，华大在此次还发布了这款名为“五岳”的高通量纳米孔测序仪，其发布的通量和准确率等参数也可谓惊人。
CycloneSEQ
CycloneSEQ纳米孔测序技术在华大团队之前发布的bioRxiv文章中已经介绍过，通过马达蛋白控速、链穿孔、读取不同碱基所引起的孔阻滞电信号的方式来进行DNA测序。



测序万物，从自然中学习。在此次发布会上，CycloneSEQ技术开发背后的更多细节也被讲述。
上高山下深海，从+8848到-10909，华大从四极探测的微生物样本中得到了馈赠，在两个不同的海域分别发现了用于CycloneSEQ技术体系的马达蛋白和孔蛋白，这构成了纳米孔测序的核心。



对于皮安级微弱电流信号的探测需要低背景噪音的芯片设计，在微井这个反应单元的设计上，华大从大腹园蛛织网的模式上得到启发，通过纳米压印实现了小口宽径低容积的微井反应腔室设计和生产，从而能够实现相对稳定的纳米孔嵌膜和支撑，可支持最长达107小时的测序运行。



基于纳米孔测序电信号与语音信号的相似性，华大更是借鉴了语音识别这一领域中transformer深度学习网络计算框架，将其转化用于从电信号中进行碱基识别，使用未标注的原始数据用于算法训练，推动了低成本高准确率的算法开发。



最终这些创新元素的集成和整合，助力推出了华大自主产权的CycloneSEQ纳米孔测序仪。



WT02
WT02，名为“梧桐”的首字母简写， WT02正是在深圳最高峰梧桐山下孵化开发的；而02则提示了两个芯片独立运行的测序仪设置。



单个WT02测序芯片包含1024个通道，4096个纳米孔。WT02芯片采用了仿生膜，提供了蛋白孔的高信噪比，也支持长达3天的测序运行。测序试剂所包含的马达蛋白可实现350-420个碱基每秒的测序速度，可实现长达Mb的读长，这样每个芯片运行可产生高达50Gb的数据，每分钟可产出10Mb的数据。WT02的单次原始读取众数准确率为97%（Q15），在测序深度达到40X时可实现Q40的一致读取准确率。
独立装配的计算工作站及CycloneMaster软件，可执行从数据采集和设备控制到实时分析和碱基调用的所有核心测序功能。CycloneSEQ-WT02 的输出数据也可与主流的第三方纳米孔测序分析软件（如 minimap2、clair3、flye 等）兼容。
如果与市面上常见的牛津纳米孔ONT测序产品对比来看，单个WT02芯片的产量接近ONT单个MinION芯片的产出，而WT02测序仪双芯片同时运行的产量接近ONT高通量PromethION芯片的产出。WT02测序仪的设计实现了从10Mb到100Gb较宽范围的数据灵活产出，为ONT的国产替代提供了一个合理的选择区间。



WY01
在WT02之外，华大此次发布了高通量的WY01，这出乎了大家的意料，带来不少惊喜。
梧桐山只是华大纳米孔测序开发的起点，WY01中文名“五岳”，意为勇攀更高峰，仪器设置为单芯片运行的模式。
在WT芯片的基础上，WY芯片设计的反应单元密度更高（提升2.52倍），单芯片将提供8倍数量的孔蛋白，达到惊人的3万个孔，因此单芯片数据产量将提升到8倍，将达到400Gb。400Gb的单芯片数据产量设计一鸣惊人，将成为全球纳米孔测序领域最高通量的测序芯片。



结合这个强大的芯片，通过孔蛋白、生化体系和算法的进一步优化，WY01据称将能实现99%的原始读取准确率。Q20的准确率也将使得国产纳米孔测序仪跻身全球第一梯队，有望快速赶上发展了近20年的牛津纳米孔公司。
梧桐和五岳，华大不只是发布了两个测序仪，更是一口气发了不同通量的两种芯片。从ONT等其他纳米孔公司的产品化路径可以看到，芯片的并行运行将能够满足多样的数据量需求，也为后续其他中高通量测序仪的推出提供了基础。
华大智造称，WT02将于即日起开放订购；华大内部以及部分早期用户已经在使用WY01，今年第四季度将开始外测，计划将于2025年上半年上市。
实测结果如何？
在发布会同时，华大也进行了现场加样测序，展示了微生物鉴定场景的应用，在10多分钟的时间内产出了100多Mb的实时测序数据，实现了预期八种菌的丰度鉴定。发布现场进行实时测序展示，这体现了华大对自己产品的十足信心，也一定程度上提示了系统运行的稳健。
据公司介绍，在这场发布会前，华大智造联合华大序风进行了大量的WT02外测，先后有50多台WT02在客户实验室进行了安装和实测，这为系统的持续优化改进及稳健发布提供了充分的支持。
在当天下午的用户分享会上，来自科研、临床、环境等不同领域的内外部测试用户分享了一手的CycloneSEQ使用体验，其中不少也与牛津纳米孔的产品进行了对比。整体上来看，CycloneSEQ能够胜任基因组组装、快速病原检测、复杂基因检测等场景的应用任务，但也还存在着操作流程、应用方案等方面的优化空间。
从测试结果来看，WT02的实验室目前测序最长运行时间达到了107小时；单个芯片的实际最高数据产出可超过50 Gb（在实际测序时，不同样本类型和不同应用的产出会有所差异）；测序读长N50通常为30~40 Kbp；一些reads可以达到Mbp级别（实验室目前测序最长读长为1.1Mbp）；不同样品或不同实验条件下，测序质量Q值略有差异，单次测序的准确率可达到94~97%。
在发布会现场，共有70多家机构与华大智造/华大序风签署了合作协议，有100多家院所机构参与到华大发起的测序联盟中，这规模真是空前绝后。这也为华大智造在短期内实现订单转化并贡献营收提供了充足的销售管线。



CycloneSEQ测序平台具备了纳米孔测序被人所熟知的实时读取、单分子、长读、便携等特点。内外部用户测试也展示了CycloneSEQ平台在动植物微生物T2T完整染色体组装、快速病原体识别及感染疾病诊断、检测遗传性疾病中的复杂遗传变异等场景的实际应用。



例如，CycloneSEQ已经成功完成上千个的单菌组装图，实现了多个动植物染色体级别参考基因组图谱的构建，其中包括鬃狮蜥Z染色体的完整解析，这其中包含大量的转座单元和频繁重组区域。面对极端GC含量基因组等技术挑战，CycloneSEQ也能实现环状基因组的完整组装。
配合华大的四极探测，CycloneSEQ也悄然地实现了上天入地。作为深海探测的一个尝试，CycloneSEQ测序仪被进一步开发实现了全自动的原位无人值守测序系统，用于海底环境DNA的采集和测序，在这样的极端环境下实现了稳定运行，并成功地对水体环境微生物进行了原位鉴定。在今年5月份的攀登珠峰科学探索中，CycloneSEQ设备也被带到了海拔5200米的“珠峰实验室”，刷新了极端海拔测序运行的纪录，验证了其“上天入地，开机可用”。
为什么说“飓风”真的来了？
从2015年首款高通量基因测序仪发布，到纳米孔测序仪的发布。华大智造彰显了自己在测序上游市场的野心。
当然，发布只是一个起点。华大序风联合华大智造还在持续进行开发和系统的优化提升。除了测序化学体系、碱基识别算法的不断改进优化之外，华大也在积极开发甲基化测序、RNA直测和选择性靶向测序等功能。工作流程开发上也在结合华大智造在实验室自动化方面的优势，以简化手动操作。适配于CycloneSEQ平台的自动化建库仪目前已经研发完成，预计于2025年第一季度正式上市。WY01肩负着更多的使命，自然也是研发的重点推进事项。WT02和WY01的持续开发一定不会停止，但可以肯定的是，CycloneSEQ为华大提供了一个进入到未来更多想象空间的独特路径，比如华大也在开发基于纳米孔的蛋白测序方法。



从目前发布的性能来看，不管是WT02还是WY01，其在单芯片孔道蛋白数量、测序速度、测序读长和准确率等关键指标上都有着不错的表现。但如果与创新开发更久的ONT进行标杆对照，CycloneSEQ在单位密度数据产量、数据产出速度、原始准确率、开发进度等方面都还留有持续提升的不少空间。
然而，需要承认的是，纵观全球，纳米孔测序都还没有实现原始读取Q30这一可与短读长测序相媲美的准确率。纳米孔可实现Mb以上的读取长度，如果结合传统的短读长的高精度进行polish等操作，可以实现高效高质量的组装。长短读结合，将能加速生命科学发现的过程，包括在时空组学和单细胞等可能的维度上的探索，华大智造恰恰可以提供一站式的工具选择。
华大智造在DNBSEQ短读长测序上已经深耕多年，开发了完善的上下游协同工具，并开发了不少针对特定应用的整体解决方案。在针对纳米孔的应用上，如病原体识别检测、环境eDNA监测等，华大智造之前熟悉的这些应用开发经验可以直接转移借鉴，这也将有助于提升科研、工业、临床等客户的整体使用体验。
在牛津纳米孔等公司的推动下，国内的长读长测序市场在过去几年中已经得到了充分的教育，已经形成了一大批纳米孔测序的用户和逐渐被开发验证的应用场景。随着CycloneSEQ WT02的推出，国内用户多了一个选择，一个可以逐渐进行替代的性价比趋优的选择。这也是我们能充分得益于国产创新的幸事。而随着华大智造把CycloneSEQ带向国际，全球用户从此多了一个纳米孔测序的更好选择。



国产就意味着可实现自主可控，国产就可预期合理的成本优势和议价空间，国产也可受益于不断成长的行业生态。这对于推动科研或临床应用都是大有裨益的，这也是过去十多年高通量短读长测序所提示的发展经验。基于DNBSEQ平台获批的测序仪和测序产品的比重越来越高，积极拥抱国产、拥抱多选项的供应商和服务商正在逐渐获得更大的快速成长空间。这可能就是近200家机构愿意建立合作并来到现场签约的原因。
随着CycloneSEQ WT02和WY01的发布，华大智造补齐了在主流测序领域的一个重要工具。我们讲到的这些CycloneSEQ的创新，可能不只是推动国内纳米孔测序领域的创新开发速度，也一定会对牛津纳米孔等公司造成不小的压力去思考求变。而这些最终都将受益于终端用户，推动整个行业生态的可持续发展。
这或许就是华大CycloneSEQ可能要掀起的“飓风”，期待它强大的势能为行业发展注入新的活力。

来源：我是建设者

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