一種高性能微型基因測序以及自動化分析裝置的設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及基因測序技術，尤其涉及一種高性能微型基因測序以及自動化分析裝置的設計方法。
【背景技術】
[0002]自從哈佛大學遺傳學家George Church 和 454 Life Sciences 公司 JonathanRothberg掀起二代測序NGS的革命以來，已經過去了將近十年。測序儀也經歷了翻天覆地的變化，從通量，測序準確度，測序周期，讀長等方面都在不斷提升，應用也越來越廣泛。如越來越多的研宄者使用測序方法進行腫瘤研宄，或者通過外顯子測序鑒定潛在的藥物靶點。在診斷兒童遺傳學疾病時，人們也逐漸拋開了傳統的診斷方法，轉而使用全外顯子組測序。目前應用于臨床或是研宄的測序基本都還是使用大型的工廠級或是桌面級的測序儀。這就需要專業的技術人員進行樣品采集，樣品制備，進行上樣等操作，技術要求非常高，非專業人士難以完成。一般都是現在大型測序平臺上由專業人員進行樣品預處理，并且有很高的測序成本，測序的周一一般在I周以上，數據分析需要專門導入高性能集群，由專職生物信息人員在Iinux系統下進行分析。在測序完成后的數據上傳分析由專人負責，需要再大型計算機或是高性能集群上完成。因此目前醫院等都是委托生物信息公司或是研宄機構進行測序以及數據的分析，分析完成后反饋報告給醫院。這樣的一套流程，有很高的技術依賴性。

【發明內容】

[0003]為了打破這一傳統的測序，分析的流程，設計一套便攜式測序儀以及自動化的分析流程非常必要，能簡化測序的操作并能快速獲得分析結果。
[0004]本發明的目的是提供一套測序以及測序結果自動化分析的裝置，該裝置要滿足測序儀體積小、操作簡單等特點。
[0005]本發明主要包括如下流程:確定測序的設備，確定結果分析的計算機硬件平臺，確定數據分析的軟件，配置分析的流程以便實現自動化分析。
[0006]一種高性能微型基因測序以及自動化分析裝置，該套設備主要包含微型的測序儀，桌面式服務器，自動化數據分析系統三部分。微型測序儀選擇牛津納米孔公司的Min1n測序儀；選擇噪音小，存儲空間大的桌面式服務器；對于自動化數據分析系統，采用配置galaxy分析平臺，galaxy提供了數據分析的框架平臺，在該平臺上配置常見生物信息學軟件，并配置數據集，并且可以組建流程，方便用戶自動化運行。
[0007]為滿足測序以及分析量大主要任務，選擇了 Min1n測序儀，該測序儀即插即用，完成樣品制備后，通過移液槍點樣，插入計算機即可開始測序。該測序儀類似一個U盤大小，即插即用，重約100g，非常方便攜帶，并且可以直接通過USB接口和電腦互聯，非常適合改裝置設計的理念，輕巧、操作簡單、便于攜帶。
[0008]使用Min1n測序儀進行基因測序，該測序儀體積只有U盤大小，讀長在Ik到5kb，3天可以測到IG的數據，測序速度較快；此外樣品制備也較為簡便，經過DNA提取、打斷、末端修復，ATailing和加接頭后即可上機測序；上樣后通過USB接口插入桌面式服務器即可實現序列的讀取。
[0009]此外，對計算設備，選擇一臺桌面式服務器，采用的是haswell處理器，128GB內存，存儲空間10TB，計算性能很高。在該計算平臺下部署Iinux系統。系統基礎上是測序結果分析的生物信息系統，即galaxy分析系統。將galaxy系統部署在桌面服務器，galaxy是一套開源系統框架，現在有一下公共的galaxy可選，但是大部分的平臺的數據集以及軟件都不能滿足用戶的需求，將galaxy本地化非常有必要。借助這一開源的框架，將其部署在桌面式服務器中，在該框架下配置生物信息分析的軟件，如BLAST，BffA, BOWTIE，VELVET，FASTQC, SAMTOOLS，SNPTOOLS ;此外還配置人類，小鼠，擬南芥，果蠅等的數據集。完成框架搭建，軟件和數據集的配置后，用戶只需要通過瀏覽器登陸網頁，就可以訪問galaxy平臺，在該界面下進行數據的上傳，運行，結果可視化顯示，結果下載，還可以將配置的軟件組合成流程，實現一鍵式的運行。
[0010]本發明可以快速進行基因測序并能進行數據的一鍵式，可視化的分析。該套設備是由微型測序儀和計算機以及自動化數據分析系統組成。不僅僅是簡單的硬件或是實驗設備的組合，該套設備具有體積小，測序速度快，計算速度快，操作簡便等特點，能夠實現實時測序以及分析。測序儀的選擇不同于以往工廠級以及桌面級測序儀體積大，重量大，價格昂貴等特點，Min1n測序儀只有U盤大小，不足100g，并且讀長較長，測序快速，和配置的桌面級服務器相連可實現實時測序，實時上傳，實時自動化一鍵式分析。
[0011]本發明將基因測序平臺和基因計算平臺進行了整合，可以快速高效的進行測序，不再受限與實驗室，機房等條件，并設計了一套自動化進行測序數據分析的系統，能夠一鍵式可視化的分析測序數據。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明測試方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0013]為了使本發明的目的、技術方案和優勢更加清晰，下面對本發明的內容進行更加詳細的闡述:
1)測序平臺確定:選擇體積小，測序讀長長，速度快，成本低的Min1n測序儀，上樣后，可以直接插入服務器USB接口，直接與服務器相連，快速完成測序；
2)計算平臺確定:計算平臺選擇桌面服務器，噪音小，此外考慮到拼接計算需要較大的內存，配置128GB內存，10TB的存儲空間，haswell處理器的計算平臺；
3)服務器系統部署:配置操作系統，基礎環境，編譯器等；
4)galaxy部署:下載galaxy的源碼包，安裝基本框架，配置http服務，新建集群用戶以及galaxy用戶；
5)基因計算軟件部署:在galaxy界面通過ADMIN的選項添加BLAST，BffA,Β0ΕΤΙΕ，VELVET, FASTAC, SAMTOOLS, SNPT00S的工具，添加完成后用戶通過網頁登陸galaxy，即可在可視化的界面下進行作業的提交；6)數據集部署:配置人類，小鼠，果蠅，擬南芥等物種的參考基因組的數據集文件。
[0014]該發明提供了高性能測序以及基因分析的整體解決方案以及整套設備的實現方式。實現了隨時測序，隨時分析。該套設備可以提供生命科學客戶使用，用戶不再受限于傳統的工廠級或是桌面級測序儀并能和桌面式服務器直接相連，大大簡化了用戶硬件配置的復雜度，并行配合測序儀的數據類型，定制化了專業的生物信息分析系統，讓用戶輕松實現一鍵式的分析；該套產品的推出，能實現和用戶的緊密對接或是耦合。
【主權項】
1.一種高性能微型基因測序以及自動化分析裝置，其特征在于，該裝置主要包含微型的測序儀，桌面式服務器，自動化數據分析系統三部分；微型測序儀采用Min1n測序儀；選擇噪音小、存儲空間大的桌面式服務器；對于自動化數據分析系統，采用配置galaxy分析平臺，galaxy提供了數據分析的框架平臺，在該平臺上配置常見生物信息學軟件，并配置數據集，并且組建流程。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，使用Min1n測序儀進行基因測序，該測序儀體積只有U盤大小，讀長在Ik到5kb，3天可以測到IG的數據；此外樣品制備經過DNA提取、打斷、末端修復，ATailing和加接頭后即可上機測序；上樣后通過USB接口插入桌面式服務器即可實現序列的讀取。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，桌面式服務器采用haswell處理器、128GB內存、存儲空間1TB。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，自動化數據分析系統配置了一個開放的基于網頁的生物信息分析系統一galaxy，Galaxy是一個開源的生物信息分析框架，在其上可以部署配置分析軟件以及數據集，配置完成后用戶可以在不下載和安裝任何軟件和工具的前提下做各種生物信息學分析，并能夠記錄每一步分析過程；同時也可以根據平臺上提供的軟件組建分析流程。
【專利摘要】本發明提供一種高性能微型基因測序以及自動化分析裝置的設計方法，涉及基因測序技術領域，發明主要包含微型的測序儀，桌面式服務器，自動化數據分析系統三部分。微型測序儀選擇MinIon測序儀，選擇噪音小，存儲空間大的桌面式服務器；自動化數據分析系統配置了galaxy分析平臺，galaxy提供了數據分析的框架平臺，在該平臺上我們配置常見生物信息學軟件，并配置數據集，并且可以組建流程，方便用戶自動化運行。
【IPC分類】G06F19-20
【公開號】CN104573406
【申請號】CN201510057863
【發明人】金蓮
【申請人】浪潮電子信息產業股份有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年2月4日