花费五年开发推出的NovaSeq X有什么特别之处？

本来这篇文章是要去关注Illumina在投资者日上展示的公司发展战略，但还是补上这篇NovaSeq X的文章作为基础会比较合适，因此成文。

在奥巴马总统、比尔·盖茨等众多大咖的支持下，Illumina 在其基因组学论坛 IGF上主场推出了旗舰产品NovaSeq X高通量测序仪，星光熠熠。

NovaSeq X的亮相，对于一部分关注者来说，并不是特别兴奋，其迭代式的开发并没有给人太多想象空间内的冲击，那些可能是单分子测序、纳米孔、天然长读长等等。然而，Illumina毕竟也花了五年时间来开发才推出了NovaSeq X，作为下个五年的旗舰产品，也给了很多期待和关注。

不得不说，五年这个周期已经成为测序仪开发的一个固定参考了，不管是Singular的G4，Element的AVITI，还是从头革新传统Solexa/SBS的NovaSeq X。当然，可能后来者不需要太多底层创新就会更快？

本质上，NovaSeq X延续了Illumina测序之前的技术路线，从合成测序这一设计、测序原理、成像及信号读取等都没有发生本质改变，纵观产品实现，所谓的创新则是落实到了每个元素及最终的集成上。

首先是XLEAP-SBS化学（以前称为 Chemistry X），作为升级版的SBS，创建了新的新的聚合酶、阻断剂、接头和染料，实现在速度、保真度、稳健性等几个方面相较标准 SBS 的提升。

XLEAP实现了掺入速度提高 2 倍，意味着实验室每小时可以处理更多样品。

Illumina 宣称了XLEAP 试剂的稳定性，实现了大家最激动的进步—常温运输！XLEAP 试剂可以冻干和耗材合并，减少 90%的包装和浪费，简化物流和运输成本。抛弃冷链运输意味着可以进入更多国家和地区，解锁更多可能的应用场景。

Illumina 声称XLEAP比标准 SBS 的准确度提高了 3 倍，在演讲中也简要展示了定相和预定相误差的减少，提示了测序簇中的数千个 DNA 分子彼此更加同步，产生更高的信噪比和更少的碱基调用错误。但Illumina NovaSeq X 系列产品规格页面则显示：对于常用的 2x150 双末端试剂盒，85% 的碱基处于或高于 Q30。这与与NovaSeq 6000的结果相同，似乎并没有比标准的SBS更优。

Illumina 提到了使用 XLEAP 进行更长短读取的可能性，但Chemistry X声称的 2 倍长读取长度已经看不见了；NovaSeq X产品页面上也缺少像NovaSeq 6000的2x250 试剂盒。这多少还是会让人有些失望的，虽然Illumina也提供了其合成长读长产品Complete Long-Reads（以前称为 Infinity Long-Reads）的更新，虽然Illumina一直声称这不是合成长读！

第二点就是超高密度流通池，虽然还是规则阵列式流通池的设计（提供均匀的测序簇间距），但是提升了每个流通池上纳米井nanowell的密度，在标准晶片上将纳米井/簇密度提高了四倍，这样产生的每个流通池具有数百亿个纳米井，密度的增加使得每次运行的基因组更多，每个流通池最多可提供260亿单端读数(520 亿双端读数)。

这里不得不提的就是Illumina新的生产工艺，同样是300mm 晶圆，通过采用新的纳米压印光刻技术，既实现了规模化的生产，也使得生产流通池的成本大大降低了， Illumina提示每个晶圆和自动化生产线可产生 2 个流通池。这样一来，除了实现制造自动化，并且通过更大的晶片尺寸来增加制造良率。这一制造过程设计20个全新流程，其开发、验证和测试已经涉及了4000 个流通池。试剂和流通池的制造在Illumina圣地亚哥、英国和新加坡进行，每个站点支持不同的地区，使得可以自主可控地满足客户弹性需求。

在全新快速试剂、高密度流通池之后，然后就需要第三个要素，超高灵敏度和分辨率的成像系统。流通池上簇密度提高四倍就意味着需要成像的像素pixel多了四倍，而XLEAP SBS速度提高两倍就意味着成像的速度需要提升两倍。当镜头快速扫描这一流通池时就需要保持纳米级别的聚焦。所以这就是Illumina CTO在演讲中打比方所说的，就像从圣地亚哥投掷棒球到伦敦却需要不差头发丝的精度。为此，Illumina与合作伙伴合作开发（没有另外收购一家公司？）设计开发了更高的数值孔径的镜头、定制的 CMOS 传感器和带蓝绿色光学（较小的波长允许纳米井之间的更紧密间距）元件的双通道 SBS 实现超高分辨率成像，以可最大限度地提高测序通量和数据质量。为了实现如此精细的成像，也需要有纳米级别精度的运动控制以及聚焦/焦点追踪系统。NovaSeq X可以实现超快速的成像扫描，从流通池通道的一端到另一端可在一秒内完成，这是多么惊人的高效！

如此速度的测序将产生成倍的原始数据，所以也需要更快的basecall将图像数据转化成碱基信息。NovaSeq X将6000的44小时测序时间缩减到了24小时以内，于是NovaSeq X 如NextSeq 1000/2000一样的模式内置了 DRAGEN（这也将成为未来测序仪的标准配置）。机载DRAGEN强大的多核包，可以实时进行碱基识别、条形码解复用以及人工比对和变异识别等。自从被收购以后，Illumina也在持续提升DRAGEN 的质量和速度，不断优化扩充DRAGEN FPGA 架构上可以进行的生信管线。NovaSeq X  DRAGEN还可以同时并行在板载或在云中运行多个二级分析管线。

做基因组测序的朋友最痛苦的还有数据的存储，Illumina通过机载 DRAGEN 芯片内置的无损数据压缩算法ORA（原始读取存档，收购的Enacio）将 FASTQ 文件自动压缩多达 5 倍，加快数据传输速度。数据占用空间减少，方便管理，也可降低存储和能耗成本。这着实是一个隐藏的便利功能。

当然，NovaSeq X也对工作流程的多个方面进行了优化，能够在最大程度上减少完成项目所需的时间和实验室人力。如可独立上样的流动槽通道，支持自动机载独立通道上样，可将项目和样本拆分至最多 8 个通道中。如灵活的运行规划选项可为关键应用设置自动进入二级分析流程。但说到底，NovaSeq X的独特之处在于将测序化学、光学和软件方面的进步相结合，提供了卓越的速度和通量，最终都反映到了降低的测序成本上。

以上更多是对NovaSeq X独特之处的分解，但世上没有完美的产品，不管是NovaSeq X还是Illumina发布的其他产品，都需要摆放到当下竞争愈烈的大环境中去看待。除此之外，新产品将如何冲击已有的其他产品线，如何跨越产品布局商业化战略，等等，我们后续文章再继续讨论。