美國(guó)Fluidigm公司Bio-Mark™基因分析系統(tǒng)介紹
美國(guó)Fluidigm公司Bio-Mark™基因分析系統(tǒng)介紹
美國(guó)Fluidigm公司創(chuàng)立于1999年，總部設(shè)在美國(guó)加州。其創(chuàng)始人是Steve Quake和Gajus Worthington(公司CEO)。Steve Quake是美國(guó)斯坦福大學(xué)教授，是微液流領(lǐng)域（Microfluidic Technology）的權(quán)威專家。Fluidigm公司有兩個(gè)產(chǎn)品線，蛋白結(jié)晶微芯片Topez和超高通量基因分析系統(tǒng)Bio-Mark™。其Topez的應(yīng)用得到了象伊波拉病毒這樣的蛋白結(jié)晶（《Nature》2008年7月份封面圖片）。而其Bio-Mark™超高通量基因分析系統(tǒng)更是開創(chuàng)了超高靈敏度、超高通量基因分析的全新技術(shù)平臺(tái)，得到了全世界超過100家重點(diǎn)生命科學(xué)研究機(jī)構(gòu)（Stanford University,Myriad Genetics,GHC Technology）、制藥公司(Merck Rosetta, AstraZeneca)及政府部門(Fred Hutchinson Cancer Research Center,NCI)等的廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。
Bio-Mark™基因分析系統(tǒng)是集成流體通路（Integrated Fluidic Circuit，IFC）技術(shù)、實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)及強(qiáng)大的基因分析軟件相結(jié)合的技術(shù)平臺(tái)。其創(chuàng)新技術(shù)就在于集成液體通路技術(shù)：利用集成電路制作工藝（光刻）在硅片或石英玻璃上刻上許多微管和微腔體，通過不同的控制閥門控制溶液在其中的流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)生物樣品的分液、混合、PCR擴(kuò)增。集成流體通路技術(shù)極大地簡(jiǎn)化了生物樣品和試劑的分液操作，提高分析通量和靈敏度，其納升級(jí)的反應(yīng)體系為高通量的基因分析應(yīng)用節(jié)省大量成本（試劑用量更少，樣品量更少）。
Bio-Mark™基因分析系統(tǒng)由Bio-Mark™實(shí)時(shí)PCR系統(tǒng)（整合了高性能計(jì)算機(jī)）、IFC微液流芯片（耗材）、IFC Controller（將生物樣品、反應(yīng)試劑導(dǎo)入到IFC微液流芯片中）和數(shù)據(jù)分析軟件四部分構(gòu)成。IFC微液流芯片有2種：Dynamic Array（48.48動(dòng)態(tài)芯片和96.96動(dòng)態(tài)芯片）和Digital Array（12.765數(shù)碼芯片和48.770數(shù)碼芯片），應(yīng)用于不同的基因分析中：拷貝數(shù)變化分析、遺傳突變檢測(cè)、基因分型、基因定量、單細(xì)胞基因表達(dá)等。
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Bio-Mark™系統(tǒng) |
從下面的具體應(yīng)用及跟傳統(tǒng)基因分析方法的比較上，我們可以很直觀地看到Bio-Mark™基因分析系統(tǒng)在通量、靈敏度、靈活度上的革命性的突破。
1.BioMark™ Digital Array數(shù)碼芯片 :
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· 樣本與試劑只需鈉升級(jí) (nL) 比傳統(tǒng)方法少1,000倍, 大幅減少試劑用量 |
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· 通過IFC部件, 樣本濃縮1000倍, 敏感度大大提高，檢測(cè)更準(zhǔn)確，能檢測(cè)到單拷貝, 高重復(fù)性 |
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· 使用傳統(tǒng)試劑, 操作簡(jiǎn)單快捷, 省去再開發(fā)時(shí)間 |
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· 應(yīng)用廣泛, 如樣本定量 (Slingshot), CNV, SNP, Genotype, Haplotype, 遺傳病/突變檢測(cè)等 |
（1）Bio-Mark Slingshot 系統(tǒng) : 第二代測(cè)序儀樣本濃度確定
——無需參照樣本, 絕對(duì)定量, 高效替Roche GS 454、ABI SOLiD和Illumina Solexa等第二代測(cè)序平臺(tái)上機(jī)前作樣品濃度準(zhǔn)確定量，可大大減少試劑用量！
（2）拷貝數(shù)變化 / 遺傳病 / 突變檢測(cè)
拷貝數(shù)變化（Copy Number Variation, CNV）廣泛用于藥物代謝、癌癥、免疫相關(guān)疾病、人類基因組變異以及由基因變異引起的相關(guān)疾病的研究。
Bio-MarkTM Digital Array
采用 12.765陣列PCR反應(yīng)芯片，通過數(shù)字PCR，每個(gè)反應(yīng)體系用量?jī)H6 nL, 可有效分辨12與13倍（或更高）的差異。
采用常規(guī)PCR 方法和試劑, 無需改變工作流程, 結(jié)果一目了然, 方便比較
最多能兼容4種熒光染料， 進(jìn)行多通道PCR
傳統(tǒng)分析方法（SNP微陣列分析或比較性基因組雜交(CGH)）：
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· 敏感性和分辨率較低，缺乏客觀標(biāo)準(zhǔn)，不能準(zhǔn)確量化結(jié)果 |
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· 操作煩瑣, 需要大量本試劑， 假陽(yáng)性非常高 |
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· 最多只能分辨2與3倍的DNA拷貝數(shù)差異， 試劑價(jià)錢昂貴。 |
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· 高通量，最高每次可處理9216個(gè)qPCR反應(yīng)（96樣本× 96基因） |
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· 采用常規(guī)試劑方法, 用量為傳統(tǒng)1% （反應(yīng)為nL級(jí)） |
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· 無需繁瑣加樣, IFC全自動(dòng)進(jìn)樣混合,減少人為誤差 |
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· 利用IFC技術(shù)自動(dòng)操作，重復(fù)性好 |
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· 樣品、反應(yīng)液組合自由多樣，應(yīng)用廣泛，用戶彈性大 |
（1）基因表達(dá)
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· 樣本量為nl 級(jí), 能有效進(jìn)行單細(xì)胞基因表達(dá)研究 |
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· 適合干細(xì)胞/ 癌細(xì)胞研究
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在2009年5月7日的美國(guó)Nature主頁(yè)文章《A closer look at the single cell》中詳細(xì)介紹了Fluidigm Dynamic Array在單細(xì)胞表達(dá)中的應(yīng)用。詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)看鏈接
（2）基因分型
——通過簡(jiǎn)單加樣，Bio-Mark™ 基因分析系統(tǒng)能在短時(shí)間內(nèi)分析成千上萬個(gè)基因 （96×96 / 48×48）：
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· 少試劑用量、低成本 |
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· 使用常規(guī)方法但更高通量 |
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· 高檢出率（Call Rate），>99.5% |
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· 快速高效，可日處理7萬個(gè)基因型
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對(duì)9000個(gè)SNP數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分析時(shí)時(shí)，使用384微孔板與96.96 Dynamic Array的對(duì)比結(jié)果：
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指標(biāo) |
BioMark™ |
MassARRAY |
OpenArray |
SNPstream |
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生產(chǎn)商 |
Fluidigm |
Sequenom |
ABI |
BeckmanCoulter |
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通量(SNPs/day) |
70,000 |
100,000 |
200,000 |
4600~300,000 |
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Maximum Multiplex level |
96 |
384 |
3,000 |
48 |
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Assay conversion rate |
99% |
80-90% |
95% |
80-85% |
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檢出率 (call rate)* |
99.5％ |
90-95% |
99% |
98.8％ |
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準(zhǔn)確率 |
>99.8% |
>99.7% |
>99.7 |
>99% |
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靈敏度（樣本上樣量） |
2.5ng DNA |
10ng DNA |
125ng DNA |
2ng DNA |
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一個(gè)分析流程時(shí)間 |
3小時(shí) |
570分鐘 |
~8小時(shí) |
1－2天 |
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技術(shù) |
Real-time PCR |
時(shí)間飛行質(zhì)譜 |
End-point PCR |
雜交方法 |
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Cost per data point |
~$0.06 |
~$0.03 |
~$0.10 |
~$0.10 |
*檢出率（Call Rate）：對(duì)于SNP研究而言，檢出率（Call Rate）是一個(gè)相當(dāng)重要的指標(biāo)，例如在一個(gè)樣本上同時(shí)檢測(cè)48個(gè)SNP位點(diǎn)，檢測(cè)率為98.8%的方法，其檢測(cè)的成功率是：98.8×98.8×98.8×…98.8=0.560=56%，而檢出率是99.5％的方法，其檢測(cè)的成功率則是：99.5×99.5×99.5×…×99.5=0.786=78.6％，可以看出檢出率對(duì)檢測(cè)的成功率的影響是顯而易見的，同時(shí)檢測(cè)的SNP位點(diǎn)數(shù)越多，影響越大。
盡管在通量上Fluidigm的BioMark Dynamic Array并不理想，但采用實(shí)時(shí)PCR分析方法，突出的指標(biāo)特別是超高的檢出率和簡(jiǎn)單、快速的分析流程，使得其在中通量SNP分析方法中具有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力。
綜合評(píng)定Bio-Mark™基因分析系統(tǒng)，
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· IFC整合系統(tǒng)，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)熒光定量PCR操作步驟，使操作流程簡(jiǎn)化至1/48（48.48動(dòng)態(tài)芯片）或1/96（96.96動(dòng)態(tài)芯片）。 |
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· 與ABI 7900 熒光定量數(shù)據(jù)具有很好的統(tǒng)一性。 |
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· 重復(fù)性好，批內(nèi)批間相關(guān)系數(shù)極高，p=00.0000。 |
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· 超高通量，Dynamic Array最多可實(shí)現(xiàn)9216個(gè)樣本的同時(shí)檢測(cè)，Digital Array一張芯片上最多可同時(shí)進(jìn)行10,000(12.765數(shù)碼芯片)或37,000（48.770數(shù)碼芯片）個(gè)反應(yīng)。 |
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· nl級(jí)反應(yīng)體系，比傳統(tǒng)試劑耗費(fèi)減少100倍，成本消耗節(jié)省一倍以上。 |
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· 人性化數(shù)據(jù)分析軟件，使您更加靈活的得到可靠數(shù)據(jù)。 |
在實(shí)際的科研應(yīng)用中，越來越多的報(bào)導(dǎo)顯示了Bio-Mark™基因分析系統(tǒng)正迅速地被科研工作者應(yīng)用到實(shí)際研究中，
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而大量高影響因子文章的陸續(xù)發(fā)表，更印證著Bio-Mark™基因分析系統(tǒng)在基因分析領(lǐng)域開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)，
。相信隨著Bio-Mark™基因分析系統(tǒng)的推廣和深入應(yīng)用，更多的驚喜將呈現(xiàn)給科研工作者。
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