全面国产化，极致个性化 | 伯科Target Cap®靶向捕获技术助力基因组研究与转化
- boke
- 2022-03-08
- 11:08 上午
人类基因组大小为3.3Gb，外显子组约占基因组总大小1.5%，却包含了约85%的已知的与疾病相关的基因变异。针对目标区域的高深度测序，既能保证我们达到预期的分析结果，也能减少测序数据量，降低测序成本，减少分析时间。高通量测序与目标区域捕获技术的结合，在人类疾病检测领域，可谓相辅相成。
靶向捕获技术基于杂交捕获原理，适用于DNA、RNA和甲基化多组学研究，现在，靶向捕获技术已经成为基因组研究与转化中最重要的平台型技术之一。除遗传病和肿瘤基因诊断外，2021年，FDA批准了Helix公司基于全外显子芯片靶向捕获测序的阿尔兹海默病风险检测产品（510(k)），靶向捕获技术正在全面加速实现基因组研究的应用转化。
图1. 液相基因芯片靶向捕获技术适合多组学研究和临床转化
如图2所示，靶向捕获技术以基因芯片（生物素探针）为核心的15种试剂组成，包括，芯片、缓冲液、封闭试剂，捕获磁珠和富集模块，据悉，由伯科生物科技有限公司（简称伯科生物）拥有高品质核酸合成平台，其自主研发的靶向捕获技术（Target Cap®）已率先实现全面国产化，适合多组学研究，兼容Illumina和MGI等 NGS平台，适配三代测序平台；凭借高性能、短周期和周到的技术服务，Target Cap®技术获得广大用户高度认可，是国产替代的不二之选。
图2. 伯科生物靶向捕获技术（Target Cap®）全面国产化
全外显子液相基因芯片在临床转化中具有极高的应用价值，不但能够用于遗传病诊断，也是肿瘤免疫治疗中TMB检测的“金标准”，此外还可以用于肿瘤个性化疫苗和MRD检测的突变谱构建，还有上文提到的复杂疾病风险评估；全外显子液相基因芯片由几十万条探针组成，对合成工艺，设计平台以及捕获试剂有着极高要求。接下来，小编带大家一起了解一下伯科全外显子芯片在Illumina与MGI测序平台的捕获性能。
实验设计
捕获芯片：Target Cap® Core Exome Panel v3.0（下文简称伯科全外芯片）
捕获区间：~42Mb
样本类型：NA12878、NA24694 gDNA
文库制备：100ng input，超声至250bp
杂交参数：1-plex/6-plex/12-plex, 500ng each
测序平台：Illumina NovaSeq6000、MGI-T7 平台
测评结果
1. 卓越的捕获性能
各份标准品的数据比对率(Reads mapping ratio)均高于99.9%，捕获数据中靶率（Capture ratio，Bases）64~65%，目标区间的覆盖率(Coverage)均大于99.8%。结果表明，伯科全外芯片能够适配于Illumina与MGI两大测序平台，在单杂或多杂情况下，均能保证卓越的比对率，中靶率及目标区域覆盖率（图3）。
图3. Target Cap® Core Exome Panel v3.0基本捕获表现
参数说明
比对率：捕获的测序数据能够比对到参考基因组，可以检测建库、测序过程，是否引入污染DNA；
中靶率：比对到目标区域的碱基数占总测序碱基数百分比，中靶率越高，越多的数据为有效数据；
覆盖率：被测序数据覆盖的目标区域占目标区域的百分比，覆盖率越高，靶向捕获死角更少。
2. 稳定的均一性和数据有效性
伯科全外芯片不仅在基本参数质控表现优异，也能保持稳定的均一性和高效的数据利用率。在相同的数据量下，均一性能够保证更多的目标区域可以用于分析，高效的利用率能够保证测试数据更多地应用到后续分析中，从而达到降低测序成本的作用。各份标准品的0.2x 平均覆盖深度均高于99.3%，每Gb测序数据能够提供的有效数据深度分别为12X与15X。在保证出色的性能指标情况下，优异的均一性与数据有效性，能够保证我们达到分析目标，并降低测序数据量，降低测序费用，减少分析时间（图4）。
图4. Target Cap® Core Exome Panel v3.0均一性与数据有效性
参数说明
>0.2x 平均覆盖深度：深度大于0.2x 平均深度的目标区域占总目标区域的百分比，该值越高，数据均一性越好，达到分析标准的区域就更多；
数据利用率：每Gb的测序数据能够得到的有效深度，该值越高，测序数据能更多地利用。
3. 准确的变异检出率
单核苷酸变异（SNV）和插入缺失（INDEL）是基因组变异的常见来源，也是引起人类疾病的重要原因。伯科全外芯片捕获的数据，其SNV与INDEL 的灵敏度表现又如何？我们选取NA12878标准品，与预期SNV和INDEL变异进行比较。结果表明，在MGI与Illumina测序平台，SNP灵敏度为99.13%，INDEL灵敏度为91.58%（图5）。
图5. Target Cap® Core Exome Panel v3.0 变异检测
测评总结
根据本次测评结果，伯科全外芯片无论在MGI 与Illumina 测序平台，还是在单杂、多杂的捕获情况下，芯片捕获性能、数据均一性及变异准确性均有优异表现。伯科生物全面国产化的靶向捕获技术Target Cap®值得信赖。
极致个性化服务
除了提供高性能靶向捕获技术外，多年的研发积累和流程建设使得伯科团队能够提供更加个性化的技术服务，包括多重PCR引物不等比Pooling、探针极速合成、挑战区探针设计、快速杂交体系、目标区域不等覆盖和极限小Panel研发等。以线粒体掺入为例，用户需求：线粒体覆盖深度与主Panel平均深度为1:1。如图6所示，根据线粒体基因组捕获的特点和数据积累，伯科研发快速制定掺入浓度区间，并进行浓度梯度测试，随后对候选浓度进行二次确认，快速为用户提供准确的掺入方案，用户测试数据显示符合预期（1.32/1），满足深度比例要求。
图6. 线粒体等比例覆盖测试及验证
总结
成立以来，伯科生物将底层技术研发作为企业发展的基础，以应用转化为导向。据了解，伯科生物的高品质核酸合成平台不仅可以生产高性能液相基因芯片，还可以提供多重PCR引物、荧光探针、siRNA和sgRNA等高品质核酸制品，已经为多个大型科研和临床转化项目提供技术平台支撑。我们也希望伯科生物能够坚持底层技术创新，不断积累，为健康医疗事业创造更大价值。
伯科全外显子芯片产品介绍
Target Cap® Core Exome Panel v3.0是伯科自主研发的一款人全外显子液相基因芯片。该芯片由伯科独家“智能映射”算法设计完成，在高中靶率的同时实现目标区域的更均匀覆盖。Target Cap® Core Exome Panel v3.0主要覆盖RefSeq、CCDS、ClinVar等基因数据库19,524个基因，占人类基因组约34Mb区域。