多 -plex 混抓 Exome,如何 "真省錢、無代價" ?


次世代定序發展至今,其技術已進入穩定、成熟的階段,如何有效控制整個 NGS 流程 — 從樣本到結果的實驗成本並確保最佳的實驗效能,是下一步努力改進的課題。深入探討 NGS 實驗各個成本可控的環節: 

1.樣品條件:起初的樣品破碎或不易取得,將會大幅提升後續處理難度,影響操作通量,時間成本增加

2.基因抓取內容:探針設計與製備試劑成本反映於預計分析的基因區域,與該抓取範圍大小及序列複雜性有關

3.定序分析:取決於實驗的數據量多寡、定序深度需求,以及分析設備、軟體執行的成本

隨著不同實驗屬性,以上成本控制條件尚需做更複雜的改進調整,才能讓每一次的實驗達到最佳化,現階段,為使臨床 WES 研究更經濟、省成本,方便大量操作,提升定序通量、簡化操作流程是最直接、相較單純、經濟化的改善方式,現今多以混樣 ( pooling ) 處理 NGS 樣品建庫來降低實驗成本。

WES 常見應用為癌症、遺傳,由於兩者實驗條件差異,適當選擇建庫混樣法,可獲得更有效益的結果。癌症基因定序的特性:樣品異質性高、臨床樣品 ( FFPE ) 完整性差,而需要定序靈敏度更高,才可以看到真實的基因訊息;而遺傳基因檢測的特質:樣品量與品質需求標準較低,只要具備 50% 突變的偵測力,可容忍較低的定序靈敏度;不同的混樣法會影響後續定序表現,因此,建庫 pooling 方法就顯得十分重要。

捕抓建庫 pooling 方法


▶ Post-capture pooling:

一個樣品對應一份探針,讓探針與樣品進行雜合反應後,不同序列的 sample index 加到每個樣品的文庫上完成建庫,QC 合格的文庫再根據定序數據量的需求混合後,上機定序。

每個樣品與探針分別雜合捕抓,可盡量高度保留每一個文庫的複雜度,特別適合於低頻率突變的偵測,在定序前各樣品都先經過 QC,有效控管其文庫製備的品質,只要不符實驗標準,立即重做,雖然步驟繁複許多,在上機前的混樣,可保持每個樣品的數據量均一,或靈活調整樣品濃度來控制不同的定序量,是較容易預期結果的混樣方式,有助於降低上機定序的失誤率,並能有限度地控制成本。


▶ Pre-capture pooling:

多個樣品對應同一份探針。不同的 sample index 在雜合、捕抓前分別加到每個樣本上,QC 合格的樣品進行等量混樣後,每個混樣 pool 共用一份探針進行雜合捕抓,再上機定序。

共用探針、或探針不足時,各自製備的文庫複雜性較低,duplication 比率隨之提高,影響低頻率變異的偵測效能;且樣品彼此間雜合效率會有差異,導致每個樣品的定序數據量容易不均,難以預期、控制實驗結果,最後反而增加定序成本。Pre-capture pooling 的優勢在於成本更低,合併捕抓讓操作通量提升,較適合樣品間差異性低、或長期經驗累積下,已可確保達到基本定序要求的實驗。

【圖一】post-capture pooling 與 pre-capture pooling 示意圖

【圖二】Post-capture pooling 和 pre-capture pooling 對定序數據均一性影響的差異。前者的均一性顯著優於後者

Post-capture / Pre-capture pooling 不同的技術特性,影響 NGS 樣品製備效果及後續的定序表現,在定序量大、少量樣品、急件進行的情況下,Post-capture
pooling 是一種更穩定、可靠和靈活的 Exome lib prep 方法;平衡成本與提升通量的需求時,則可斟酌使用 Pre-capture pooling。


▶ post-capture pooling 使用時機:

• 高深度定序檢測低頻率變異。文庫複雜度高,較不易遺漏稀有變異位點;採用 pre-capture pooling,其文庫複雜度低,更可能遺漏、偵測不到突變而實驗失敗重做,增加定序成本。

• 品質差的樣品,如降解程度較高的 FFPE 樣品。完整性差的樣品在定序數據上的均勻度低,獨立捕抓製備文庫能盡量保留每個樣品基因訊息。

• 樣品來源多樣或品質不一致。為了讓樣品間的數據差距不要太大、或保有基本的數據量,通常利用 post-capture pooling 先將每個樣品獨立捕抓建庫再混樣上機,才能有效保留並分析樣品的基因訊息。


▶ pre-capture pooling 使用時機:

• 高品質、充足的樣品量,同時檢測的目標區域較不具挑戰性;
• 滿足高品質、量充足條件的樣品,同時對資料要求較不嚴苛時。


不論 Post-capture pooling 或 Pre-capture pooling,只要符合實驗目的需要的定序表現 / 規格,取得充分、完整的基因資訊,都是可行、可選擇的方法。依據樣品條件、操作穩定性、定序數據需求等綜合考量,挑選相應合適的 Pooling 方法,別為了節省前端的製備成本而犧牲最後定序結果的可靠性,才是真正省下成本、獲得有應用價值結果的最佳選擇。

SureSelect 全外顯子第八代,推出日常基礎 WES 分析 ( Exome V8 )、轉譯醫學 ( Exome V8 + UTR )、臨床研究應用 ( Exome V8 + NCV ),每一種探針應用皆提供 Post-capture / Pre-capture 混樣的試劑組,並能進行自動化 exome 文庫製備,讓每一個 WES 實驗都能穩定、輕鬆、省錢。


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