The Scientist：2014年度十大创新产品

The Scientist杂志2014年的十大创新产品终于揭晓了，除了Illumina、Leica等常客之外，今年的榜单上也涌现出了不少新面孔。

位列前五的创新产品都与基因组测序有关。榜首的Dragen Bio-IT Processor能大大缩减基因组分析时间。测序巨头Illumina的两款新测序仪则包揽了第二和第三名，其中HiSeq X10将基因组测序成本降低到了千元水平，这是一个重要的里程碑。

Top 1：DRAGEN Bio-IT Processor（Edico Genome公司）

随着基因组测序成本的直线下降，测序已经成为了许多领域的常用工具，随之而来的海量数据是人们面临的新挑战。分析测序数据往往需要建立服务器群集，这种设施不仅庞大而且很消耗能源。Edico Genome 公司开发的DRAGEN Bio-IT Processor可以将基因组分析缩小到一块芯片上，装在一个台式电脑那么大的服务器中。据Edico公司介绍，这款产品能大大降低数据分析的成本，DRAGEN用上四年分析一万八千个全基因组就能省下六百万美元。

“我们的数据处理要快得多，”Edico公司的CEO Pieter van Rooyen说。通常分析一个基因组需要24小时，而DRAGEN只需要18分钟。

Sequenom公司率先用上了DRAGEN，该公司每年大约要做十五万产前遗传学测试。Sequenom公司的副总裁Tim Burcham证实，DRAGEN的确有效降低了数据分析所用的时间，“进行Alignment时DRAGEN比一般软件快三十倍。”

DRAGEN芯片的租用价格取决于你的工作量。这个产品今年五月才面试，因此目前只有少数研究者进行了尝试。不过人们对这个产品的热情正在迅速提升，“现在就有五十名客户在等着用，”van Rooyen说。

点评：这是首个能在单一处理器上实现二十分钟内处理全基因组数据的快速硬件平台。

Top 2：MiSeqDx（Illumina公司）

Illumina公司去年年底推出的测序仪MiSeqDx只有面包箱大小，这台售价$120,000的仪器真正将二代测序带入了临床检验。

“整个流程和制备工作非常直观，很人性化，”Molecular Pathology Laboratory公司的副总裁Jamie Platt说，该公司主要为医学团队提供诊断和病理学服务，他们今年年初就在使用MiSeqDx了。

MiSeqDx是首个经FDA批准用于临床诊断的二代测序工具。目前MiSeqDx有两种试剂盒可选：囊性纤维化检测试剂盒和用户自定义试剂盒。研究者们可以自己设计寡核苷酸探针，然后用Illumina公司提供的试剂和流程进行实验。

点评：MiSeq用起来很简便，经FDA批准之后，这一产品将大大加速遗传学信息在临床治疗中的应用。

Top 3：HiSeq X Ten（Illumina公司）

Illumina推出的这个新产品代表着测序史上的一个里程碑——千元基因组。HiSeq X Ten由十台仪器组成，每台仪器每周能以30x的覆盖度测序32个人类基因组。在这一产品的帮助下，人们将首次实现群体水平上的全基因组分析。

HiSeq X Ten采用了特殊阵列的流动槽（flow cell）和经过改良的扩增技术。这意味着测序模板更为密集，仪器每次运行可以产生更多的数据。此外，Illumina还加强了相同DNA模板的聚集，进一步提高了测序速度。

HiSeq X Ten适合于大型研究中心，纽约基因组中心（NYGC）就是最早使用这一技术的15 家机构之一。“我们希望能够快速及时的进行大规模测序，为病床上的患者反馈测序结果，提供与疾病有关的信息，”NYGC的主管Robert Darnell说。

点评：HiSeq X 10是首个实现千元基因组测序的二代测序仪，这是生命科学和生物医药领域的一个重要进步。

Top 4：IrysChip V2（BioNano Genomics公司）

二代测序技术将基因组DNA分成小片段然后生成高覆盖度的测序数据，这样的过程破坏了基因组的整体结构。BioNano Genomics公司的IrysChip是一个能成像大型基因组结构的高通量平台，可以用来进行图谱分析、基因组装配和进化研究。

这个技术将一系列酶反应与基因组特定位点的荧光标记结合起来，主要是7bp的限制性酶切位点。IrysChip上的超细通道能使标记后的DNA伸展开，然后芯片像电泳槽那样工作。

IrysChip系统能够获得基因组结构的高分辨率单分子图像。去年十月发布的IrysChip V2能够分析人类基因组的结构，售价大约为$900。而人类基因组分析之前最少要十个V1 IrysChip才能完成，V1 IrysChip是第一代的IrysChip。

Brigham Young大学的植物遗传学家Joshua Udall正在用IrysChip V2检测棉花基因组的结构变异。“棉花基因组很适合做这类分析，”他说。IrysChip提供的数据将帮助Udall团队改善棉花的基因组图谱，揭示棉花基因组的结构进化。

点评：IrysChip V2为研究基因组结构变异奠定了重要的基础，有助于理解人类多样性和人类疾病。

Top 5：RainDrop数字PCR系统（RainDance Technologies公司）

数字PCR仪开辟了PCR的新纪元。RainDance Technologies公司的液滴式数字PCR平台拥有很高的灵敏度和特异性。“我们一直在用RainDrop系统研究循环肿瘤DNA，”西奈山医疗系统的John Martignetti说。

RainDrop数字PCR系统利用微小的液滴，将样本划分为多个相互独立的PCR反应。这一技术能够检出和定量罕见序列，还可以进行基因表达分析。“我们将样本分到大量液滴中，通过数字信号检测样本中核酸的真实数量，”RainDance公司的高级副总裁Frederick Eibel说。据介绍，这个系统的液滴生成装置也可以用于测序之前的样本富集。

点评：这是一种能够实现精确核酸定量的高灵敏度工具。在实验越来越精密样本量越来越小的今天，这样的仪器是不可或缺的。

Top 6：TCS SP8 STED 3X（Leica显微系统）

继SR GSD 3D评上去年的十大创新之后，Leica公司携另一款超高分辨率平台TCS SP8 STED再度上榜。去年十二月发布的TCS SP8 STED 3X可以进一步深入细胞进行三维成像，超高分辨率的成像速度达到了好几桢每秒。牛津大学的分子免疫学家Christian Eggeling正在通过STED 3X研究哺乳动物细胞表面的免疫受体，他的团队还在用这一技术获取细胞内部结构和分子的3D图像。“3X升级之后能为我们揭示细胞核和细胞骨架的更多线索，”他说。

STED（受激发射损耗）是2014诺贝尔奖得主Stefan Hell开发的，该技术能对亚细胞结构和纳米级动态进行超高分辨率的光学成像。据Leica公司的产品经理Jochen Sieber介绍，TCS SP8 STED 3X在XY平面上的分辨率大约为30 nm，z轴分辨率也达到了100 nm以内。正因如此，STED 3X能够生成高度精确的3D图像。“生物学活动发生在三维空间里，我们希望以同样的方式进行观察，”Jochen说。

点评：STED 3X可以观察到前所未有的细胞细节。这个超高分辨率技术可以在纳米水平上成像亚细胞结构、细胞隔室、蛋白互作和不同结构的相互关系，支持活细胞观察。

Top 7：exVive3D肝脏（Organovo公司）

在许多研究领域，体外人类器官模型可能会最终替代动物模型。Organovo公司的exVive3D肝脏模型就是一种这样的产品。与永生细胞系等传统体外模型不同，该产品模拟了人类肝脏的宏观和微观3D结构，包含有肝脏中的不同细胞类型，比如肝脏实质细胞、成纤维细胞、内皮细胞和肝星状细胞。“肝脏组织的结构和组成是很重要的，”Organovo公司的执行副总裁Michael Renard说。“将正确类型的细胞以正确比例正确定向，就能实现与肝脏组织非常类似的结构、性能和行为。”

今年四月发布的这个3-D肝脏组织，由Organovo公司专利的生物打印技术生产。该技术可以在各种培养容器中打印，比如24孔板。exVive3D肝脏能合成天然的肝脏蛋白（白蛋白、转铁蛋白等）和胆固醇，还能保持细胞色素P450的活性。这个实验平台很好地模拟了人类肝脏的真实功能。

“这一点对于毒理学来说非常关键，”Hamner健康科学研究所的毒理学家Ed LeCluyse说，他也是exVive3D肝脏模型开发时的顾问。“坦白说，许多传统的高通量系统并不符合我们的要求。”他认为这个产品能改变药物开发和环境毒素的检测方式。

点评：这一产品离活体模型更近了一步，能让研究者对自己的发现更有信心。如果exVive3D肝脏模型比传统动物模型更加好用，那将是药物研发领域的一大突破。

Top 8：HAP1 Knock-Out Cell Lines（Haplogen Genomics公司）

HAP1是类似成纤维细胞的永生细胞系，主要用于生物医学研究。这种细胞系的独特之处在于，它很接近单倍体，绝大部分染色体只有一个拷贝。

为了拓展自己的产品线，奥地利公司Haplogen Genomics今年三月发布了新人类HAP1细胞系服务，可以根据用户需要用CRISPR-Cas9技术敲除任何基因。“人们总是向我们咨询一系列基因，但我们产品常常不全，”Haplogen公司的CSO Tilmann Bürckstümmer解释道。“这是一个重要问题，因为越来越多的人希望研究基因家族或整个通路。”

Haplogen公司现在拥有八百多种以CRISPR为基础的基因敲除HAP1细胞系，而且这个产品库还在不断增大，差不多每个月增加一百个基因。用户也能以同样的价格定制细胞系，敲除任何自己感兴趣的基因。这种自定义服务通常需要八到十周。

剑桥大学的分子生物学家Steve Jackson正在使用这种CRISPR修饰的细胞系进行研究。这些细胞系被敲除了不同的去泛素化酶（DUB）编码基因，而DUB被认为在DNA修复中起到了一定的作用。“目前这项研究还处于初级阶段，希望能够处理好这些HAP1基因敲除细胞系，”Jackson说。

点评：这是一个系统性的方案，可以通过基因敲除最终注释所有人类基因的功能。用CRISPR生成基因敲除细胞系，速度更快成本也更低。

Top 9：PreciseType人类红细胞抗原测试（Immucor公司）

血型相配对于输血来说是至关重要的。除了血型以外，血库和医院还要筛查红细胞表面的罕见抗原以便全面评估兼容性。Immucor公司的PreciseType HEA test比传统血清学筛选更加精确，所用的时间更短。这种分子诊断产品能够筛查控制35种抗原表达的基因，鉴定罕见的生物学指标，帮助医生降低同种免疫的风险，减少与输血有关的其它有害反应。

“对于接受多次输血的患者而言，筛查更多血型抗原是很有帮助的，”Immucor公司的首席科学家Joanne Spadoro说。PreciseType“可以一次性检测多个不同抗原，”这一技术的开发者Sukanta Banerjee介绍道。

今年五月，PreciseType成为首个获得FDA批准的输血配型体外诊断产品。

美国西北纪念医院的Ricardo Sumugod等人一直在用PreciseType进行研究。这个团队最近在一次会议中，展示了他们通过PreciseType和定向测序发现的新血型。这种分子分型产品“比目前的血清分型更加准确，”Sumugod说。

点评：该产品能够更准确的进行血型匹配，这无疑是医疗保健的一大进步。

Top 10：Sciencescape

Sam Molyneux在多伦多大学读博士的时候，遇到了一个我们大家都不陌生的问题：浩如烟海的文献。“文章太多了，基本上没人搞得清楚每天、每周或者每月有什么新成果发表，” Molyneux说。

于是他与从事Web开发的姐姐Amy合作，建立了学术研究平台Sciencescape。Sciencescape提供了“类似Twitter的体验，”Molyneux说。用户选择好类别之后，可以浏览个性化的新闻，了解相应类别中新发表的文章。目前Sciencescape已经设立了超过五千万个类别，包括特定主题、研究者、基因、疾病、蛋白、杂志等等。Molyneux还希望添加地理位置、建筑物、研究所、特定材料和方法等新类别。

Sciencescape平台对学术圈是免费的，目前已经拥有了十七万用户。去年十一月开发者们发布了测试版，今年十月他们又推出了最新版本。

点评：这个平台能将相关领域的新文章送到你的面前，这样的工作对所有人都有帮助。