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2022．03
【2021年 --- PacBio的幾件重要事】
原創文章 引用請註明出處
上一篇文章跟大家分享了三代定序龍頭 Oxford Nanopore Technology (ONT) 在 2021 年的 21 件重要小事，怎麼可以錯過同為三代定序的龍頭 Pacific Bioscience (PacBio) 在 2021 年的進展呢？咱們輸人不輸陣，趕緊來看看在過去一年中，PacBio 發生了哪些重要事情吧！
本文主要架構取材 PacBio 於去年11/8-11/9 舉辦的 PacBio Virtual User Meeting (VUM 2021) [1] 開場時，Christian Henry (CEO)、 Dr. Jonas Korlach (CSO) 在 kickoff 講的內容去做延伸。
【強強聯手】
1. PacBio + Circulomics 從萃取到上機的合併[2]
Circulomics 成立於 2012 年，致力於樣品製備與核酸萃取技術，因其特有的奈米結合磁盤 (nanobind magnetic disks) 技術使得 DNA 於萃取時免於剪切，因而能從各種類型樣品，如：細胞、細菌、血液、昆蟲、動植物中獲取高品質及高分子量的大片段 DNA。要突顯三代定序長讀長定序的優勢，始於製備樣品時獲得高品質大片段DNA，而落於50-300 kb 大片段 DNA，剛好符合三代定序長讀長定序的需求。因此，兩家公司的合併將使 HiFi 定序從樣品製備到後續上機形成一條龍步驟，除了樣品來源更多元之外，目標將定序流程變為更簡單、更容易上手。
2. PacBio + Omniome 二代三代定序一起來[3]
“這項併購將使得PacBio成為唯一一間同時擁有高準確度長讀長及短讀長定序平台的公司”。早在兩年前，為了實現這個理想，二代短讀長定序龍頭 Illumina 曾經想要合併 PacBio，之後合作破局。在 2021 年時，PacBio 將合作意向瞄準這間於 2013 年在聖地牙哥成立的短讀長定序公司 Omniome，其創新的定序技術 Sequencing by Binding SBB(R) 加上平台設計，使得定序準確度更高、更快速收集數據、通量增加以及成本降低。對於臨床診斷、單細胞應用，甚至是基因體定序容易出錯區域，都較具定序潛力[4]。也因為 Omniome 定序技術適合規模化的特點，PacBio 與 Omniome 的第一項產品將著重於中規模通量定序，以高準確度、低成本等優勢與 Illumina 市場做競爭[3]，瞄準多項應用像是腫瘤學、轉錄體學、總體基因體學和非侵入式產前檢測等。
3. PacBio + Invitae 打造人人可負擔的全基因體定序平台
隨著精準醫療的概念越來越普及，不管是健康照護或研究領域，人類全基因體定序已成為趨勢。根據全球基因體學與健康聯盟 (Global Alliance for Genomics & Health, GA4GH) 建立出的模型推測，評估全球對基因體的研究以及癌症相關定序的進程推演，認為到 2025 年，全球將定序超過 6000 萬個基因體[5]，可見定序在臨床上的重要性。PacBio 與 Invitae 的合作，聯合高品質長讀長定序以及醫學基因檢測兩大龍頭公司，就是想打造具高準確度以及超高通量的全基因體定序平台，目標以不到 1000 元美元的價格來打造個人完整基因體資訊。而這一項合作除了規模化高準確度的 PacBio HiFi 定序之外，還會整併由 Omniome 發展的定序技術。除了將 Omniome 原先的 SBB 技術做準確度與敏感性的優化，使其更適用於癌症診斷和病原體檢測之外，也意圖整合 SBB 試劑與 PacBio HiFi 定序的應用[6]。
【科學上的重要發展】
1. 完整人類基因體
2021年 PacBio 與 Nanopore 分別發布了完整的人類第八號染色體及 X 染色體 (傳送門：從端到端，三代定序提供人類完整基因體資訊)。同一年五月已經有完整人類基因體的文獻問世，目前還在審核中[7]。過去六年中，CHM13 細胞株定序資訊已累積於多個定序平台，包含30X PacBio HiFi、120X Nanopore 超長片段定序、100X Illumina PCR-free sequencing、70X Hi-C、Bionano 及 Strand-Seq等技術。不同於先前文獻使用 Nanopore 數據為骨幹、其他數據做為校正用，本篇文獻採用新的組裝方式，以 PacBio HiFi 數據組裝高度重複序列和衛星陣列區域。該篇文獻為第一篇完整拼湊出 30 億個鹼基的人類基因體，完整的填補了22對染色體以及 X 染色體上原有的序列缺口，多定序出 2 億個鹼基對包含 2,226 個旁系同源基因拷貝，新完整的基因區域包含所有著絲粒衛星陣列和五個近端著絲粒染色體的短臂序列。
2. 脊椎動物基因體計畫[8]
脊椎動物基因體計畫 (The Vertebrate Genomes Project, VGP) 由 150 位科學家、50 個研究單位、12 個國家組成，目標定序將近 66,000 個高品質脊椎動物基因體，去年已經先發布了 15 個基因體序列。研究團隊花了將近三年時間挑選定序技術及定序流程的優化來達到組裝高品質基因體序列的目的，而最終 PacBio 定序技術被選為產生初階組裝序列的工具。研究團隊表示：過去組裝動物基因體通常需要花幾百萬美元及一年以上的努力，加入新定序技術使得成本及組裝時間都大幅降低。(傳送門：基因的諾亞方舟:《脊椎動物基因體計劃》) 其他類似計畫包含了： (1)想要定序所有具代表性的瀕臨絕種鳥類基因體計畫 (The Bird 10,000 Genomes Project) (2)由 Wellcome Trust Sanger Institute 主導，定序國家級具意義物種的 Sanger 25 計畫 (3)由加拿大基因體學企業 (Canada’s Genomics Enterprise) 主導，定序150種加拿大物種的 CanSeq150 計畫 (4)產出26個玉米參考序列及定序多項重要農作物的植物基因體研究計畫 (Plant Genome Research Project) (5)由 DOE Joint Genome Institute 主導的高粱定序計畫以及 35 個在演化史上占重要地位的陸生樹基因體定序 (6)定序水產和養殖生物的 The Aqua-Hundred Genome Project
3. 地球生物基因體定序計畫
地球生物基因體定序計畫 (The Earth BioGenome Project, EBP) 成立於 2020 年尾，目標在 10 年內使用系統發育學方法做到 150 萬個真核生物的定序及註釋。截至目前為止， EBP 已完成計畫的第一階段目標，詳見下圖[9]。然而，這個計畫的第二階段與第三階段目前還面臨了許多挑戰，包含：單一國家很難做到這麼多個真核生物的定序、三年內要完成 9,400 個科的基因體序列、更多經費需求等等[10]。計畫目前粗估已囊括 5,000 位科學家，儘管資源有限，但 EBP 的全球聯盟已趨於成熟，應能克服這項巨大挑戰。
除了地球生物基因體計畫外，PacBio 也與特定地區合作一些大型計畫，旨在保留該地區的動植物多樣性。像是與 The European Reference Genome Atlas (ERGA)的合作[11]以及 African BioGenome Project[12]。在其他領域也有進展，包含 COVID-19 相關的病毒基因體與人類免疫系統研究、與 Broad Institute 合作開發增加 Iso-Seq 通量等規畫。
參考資料
1. 2021 PacBio Global User Meeting. https://events.pacb.com/VUM2021/agenda
2. Pacific Biosciences Acquires Circulomics – A Leading High Molecular Weight DNA Extraction Company. https://www.pacb.com/press_releases/pacific-biosciences-acquires-circulomics-a-leading-high-molecular-weight-dna-extraction-company/
3. PacBio Adds Short Read Capabilities with up-to-$800M Omniome Acquisition. https://www.genengnews.com/news/pacbio-adds-short-read-capabilities-with-up-to-800m-omniome-acquisition/
4. Omniome official website. https://www.omniome.com/technology/
5. Birney, Ewan, Jessica Vamathevan, and Peter Goodhand. "Genomics in healthcare: GA4GH looks to 2022." BioRxiv (2017): 203554.
6. Pacific Biosciences and Invitae Announce Intent to Expand Collaboration. https://www.pacb.com/press_releases/pacific-biosciences-and-invitae-announce-intent-to-expand-collaboration/
7. Nurk, Sergey, et al. "The complete sequence of a human genome." bioRxiv (2021).
8. Building a Digital Genome Ark: Vertebrate Genome Project Releases 15 New Reference Genomes. https://www.pacb.com/plant-animal-biology/vgp-release/
9. Earth Biogenome Project roadmap. https://www.earthbiogenome.org/roadmap
10. Lewin, Harris A., et al. "The earth BioGenome project 2020: Starting the clock." Proceedings of the National Academy of Sciences 119.4 (2022).
11. PacBio Partners with The European Reference Genome Atlas Initiative. https://www.pacb.com/press_releases/pacbio-partners-with-the-european-reference-genome-atlas-initiative/
12. African BioGenome Project offical website. https://africanbiogenome.org/
上一篇文章跟大家分享了三代定序龍頭 Oxford Nanopore Technology (ONT) 在 2021 年的 21 件重要小事，怎麼可以錯過同為三代定序的龍頭 Pacific Bioscience (PacBio) 在 2021 年的進展呢？咱們輸人不輸陣，趕緊來看看在過去一年中，PacBio 發生了哪些重要事情吧！
本文主要架構取材 PacBio 於去年11/8-11/9 舉辦的 PacBio Virtual User Meeting (VUM 2021) [1] 開場時，Christian Henry (CEO)、 Dr. Jonas Korlach (CSO) 在 kickoff 講的內容去做延伸。
【強強聯手】
1. PacBio + Circulomics 從萃取到上機的合併[2]
Circulomics 成立於 2012 年，致力於樣品製備與核酸萃取技術，因其特有的奈米結合磁盤 (nanobind magnetic disks) 技術使得 DNA 於萃取時免於剪切，因而能從各種類型樣品，如：細胞、細菌、血液、昆蟲、動植物中獲取高品質及高分子量的大片段 DNA。要突顯三代定序長讀長定序的優勢，始於製備樣品時獲得高品質大片段DNA，而落於50-300 kb 大片段 DNA，剛好符合三代定序長讀長定序的需求。因此，兩家公司的合併將使 HiFi 定序從樣品製備到後續上機形成一條龍步驟，除了樣品來源更多元之外，目標將定序流程變為更簡單、更容易上手。
2. PacBio + Omniome 二代三代定序一起來[3]
“這項併購將使得PacBio成為唯一一間同時擁有高準確度長讀長及短讀長定序平台的公司”。早在兩年前，為了實現這個理想，二代短讀長定序龍頭 Illumina 曾經想要合併 PacBio，之後合作破局。在 2021 年時，PacBio 將合作意向瞄準這間於 2013 年在聖地牙哥成立的短讀長定序公司 Omniome，其創新的定序技術 Sequencing by Binding SBB(R) 加上平台設計，使得定序準確度更高、更快速收集數據、通量增加以及成本降低。對於臨床診斷、單細胞應用，甚至是基因體定序容易出錯區域，都較具定序潛力[4]。也因為 Omniome 定序技術適合規模化的特點，PacBio 與 Omniome 的第一項產品將著重於中規模通量定序，以高準確度、低成本等優勢與 Illumina 市場做競爭[3]，瞄準多項應用像是腫瘤學、轉錄體學、總體基因體學和非侵入式產前檢測等。
3. PacBio + Invitae 打造人人可負擔的全基因體定序平台
隨著精準醫療的概念越來越普及，不管是健康照護或研究領域，人類全基因體定序已成為趨勢。根據全球基因體學與健康聯盟 (Global Alliance for Genomics & Health, GA4GH) 建立出的模型推測，評估全球對基因體的研究以及癌症相關定序的進程推演，認為到 2025 年，全球將定序超過 6000 萬個基因體[5]，可見定序在臨床上的重要性。PacBio 與 Invitae 的合作，聯合高品質長讀長定序以及醫學基因檢測兩大龍頭公司，就是想打造具高準確度以及超高通量的全基因體定序平台，目標以不到 1000 元美元的價格來打造個人完整基因體資訊。而這一項合作除了規模化高準確度的 PacBio HiFi 定序之外，還會整併由 Omniome 發展的定序技術。除了將 Omniome 原先的 SBB 技術做準確度與敏感性的優化，使其更適用於癌症診斷和病原體檢測之外，也意圖整合 SBB 試劑與 PacBio HiFi 定序的應用[6]。
【科學上的重要發展】
1. 完整人類基因體
2021年 PacBio 與 Nanopore 分別發布了完整的人類第八號染色體及 X 染色體 (傳送門：從端到端，三代定序提供人類完整基因體資訊)。同一年五月已經有完整人類基因體的文獻問世，目前還在審核中[7]。過去六年中，CHM13 細胞株定序資訊已累積於多個定序平台，包含30X PacBio HiFi、120X Nanopore 超長片段定序、100X Illumina PCR-free sequencing、70X Hi-C、Bionano 及 Strand-Seq等技術。不同於先前文獻使用 Nanopore 數據為骨幹、其他數據做為校正用，本篇文獻採用新的組裝方式，以 PacBio HiFi 數據組裝高度重複序列和衛星陣列區域。該篇文獻為第一篇完整拼湊出 30 億個鹼基的人類基因體，完整的填補了22對染色體以及 X 染色體上原有的序列缺口，多定序出 2 億個鹼基對包含 2,226 個旁系同源基因拷貝，新完整的基因區域包含所有著絲粒衛星陣列和五個近端著絲粒染色體的短臂序列。
2. 脊椎動物基因體計畫[8]
脊椎動物基因體計畫 (The Vertebrate Genomes Project, VGP) 由 150 位科學家、50 個研究單位、12 個國家組成，目標定序將近 66,000 個高品質脊椎動物基因體，去年已經先發布了 15 個基因體序列。研究團隊花了將近三年時間挑選定序技術及定序流程的優化來達到組裝高品質基因體序列的目的，而最終 PacBio 定序技術被選為產生初階組裝序列的工具。研究團隊表示：過去組裝動物基因體通常需要花幾百萬美元及一年以上的努力，加入新定序技術使得成本及組裝時間都大幅降低。(傳送門：基因的諾亞方舟:《脊椎動物基因體計劃》) 其他類似計畫包含了： (1)想要定序所有具代表性的瀕臨絕種鳥類基因體計畫 (The Bird 10,000 Genomes Project) (2)由 Wellcome Trust Sanger Institute 主導，定序國家級具意義物種的 Sanger 25 計畫 (3)由加拿大基因體學企業 (Canada’s Genomics Enterprise) 主導，定序150種加拿大物種的 CanSeq150 計畫 (4)產出26個玉米參考序列及定序多項重要農作物的植物基因體研究計畫 (Plant Genome Research Project) (5)由 DOE Joint Genome Institute 主導的高粱定序計畫以及 35 個在演化史上占重要地位的陸生樹基因體定序 (6)定序水產和養殖生物的 The Aqua-Hundred Genome Project
3. 地球生物基因體定序計畫
地球生物基因體定序計畫 (The Earth BioGenome Project, EBP) 成立於 2020 年尾，目標在 10 年內使用系統發育學方法做到 150 萬個真核生物的定序及註釋。截至目前為止， EBP 已完成計畫的第一階段目標，詳見下圖[9]。然而，這個計畫的第二階段與第三階段目前還面臨了許多挑戰，包含：單一國家很難做到這麼多個真核生物的定序、三年內要完成 9,400 個科的基因體序列、更多經費需求等等[10]。計畫目前粗估已囊括 5,000 位科學家，儘管資源有限，但 EBP 的全球聯盟已趨於成熟，應能克服這項巨大挑戰。
除了地球生物基因體計畫外，PacBio 也與特定地區合作一些大型計畫，旨在保留該地區的動植物多樣性。像是與 The European Reference Genome Atlas (ERGA)的合作[11]以及 African BioGenome Project[12]。在其他領域也有進展，包含 COVID-19 相關的病毒基因體與人類免疫系統研究、與 Broad Institute 合作開發增加 Iso-Seq 通量等規畫。
參考資料
1. 2021 PacBio Global User Meeting. https://events.pacb.com/VUM2021/agenda
2. Pacific Biosciences Acquires Circulomics – A Leading High Molecular Weight DNA Extraction Company. https://www.pacb.com/press_releases/pacific-biosciences-acquires-circulomics-a-leading-high-molecular-weight-dna-extraction-company/
3. PacBio Adds Short Read Capabilities with up-to-$800M Omniome Acquisition. https://www.genengnews.com/news/pacbio-adds-short-read-capabilities-with-up-to-800m-omniome-acquisition/
4. Omniome official website. https://www.omniome.com/technology/
5. Birney, Ewan, Jessica Vamathevan, and Peter Goodhand. "Genomics in healthcare: GA4GH looks to 2022." BioRxiv (2017): 203554.
6. Pacific Biosciences and Invitae Announce Intent to Expand Collaboration. https://www.pacb.com/press_releases/pacific-biosciences-and-invitae-announce-intent-to-expand-collaboration/
7. Nurk, Sergey, et al. "The complete sequence of a human genome." bioRxiv (2021).
8. Building a Digital Genome Ark: Vertebrate Genome Project Releases 15 New Reference Genomes. https://www.pacb.com/plant-animal-biology/vgp-release/
9. Earth Biogenome Project roadmap. https://www.earthbiogenome.org/roadmap
10. Lewin, Harris A., et al. "The earth BioGenome project 2020: Starting the clock." Proceedings of the National Academy of Sciences 119.4 (2022).
11. PacBio Partners with The European Reference Genome Atlas Initiative. https://www.pacb.com/press_releases/pacbio-partners-with-the-european-reference-genome-atlas-initiative/
12. African BioGenome Project offical website. https://africanbiogenome.org/
圖爾思生物科技 / 微生物體研究中心
許瑄珉 文案
