隨著基因組學研究要求以更少的樣本量實現(xiàn)更高的精準度，基因組學平臺面臨著一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)：如何在提高自動化規(guī)模的同時，兼顧定制化實驗方案的靈活性？

GeneCore是位于德國海德堡歐洲分子生物學實驗室(EMBL)的基因組學核心平臺，是基因組研究的中心，為囊括冰川樣本檢測至珍稀物種分析在內(nèi)的各類項目提供技術(shù)支持。該平臺處于科學前沿陣地，通過自動化技術(shù)與人工實操經(jīng)驗的相結(jié)合，助力歐洲乃至全球范圍內(nèi)的生命科學研究向前邁進。

在這里，GeneCore 的科研人員分享了他們對于如何平衡 “無人值守自動化” 與人工實操經(jīng)驗的見解，并闡釋了為何“樣本微量化” 會成為下一個前沿發(fā)展方向。

基因組學技術(shù)支持的五大支柱策略
GeneCore的運營得到了全面且穩(wěn)定的平臺支撐，旨在助力基因組學項目從方案構(gòu)思階段一路推進至數(shù)據(jù)交付環(huán)節(jié)。“我們提供的服務(wù)涵蓋教學培訓、樣本處理與文庫制備、長短讀長的新一代測序技術(shù)服務(wù)、咨詢與數(shù)據(jù)分析支持，以及新一代測序（NGS）數(shù)據(jù)管理。” 新一代測序自動化高級工程師兼研究技術(shù)員費里斯・榮（Ferris Jung）解釋道。

這套一體化服務(wù)方案不僅為歐洲分子生物學實驗室（EMBL）內(nèi)部的各研究團隊提供支持，還拓展至外部合作，為全球各地的研究團隊提供技術(shù)服務(wù)。這些合作形式多樣，GeneCore所承接業(yè)務(wù)的廣度，也正體現(xiàn)了現(xiàn)代基因組學研究的多元化特質(zhì)。

GeneCore研究技術(shù)員Vivianne Dorothee Niehaus指出：“歐洲分子生物學實驗室（EMBL）內(nèi)部設(shè)有眾多不同的研究團隊，他們試圖解決的研究問題覆蓋了從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用科學的廣泛范疇。我們也承接大量來自外部的項目，其中不少都源于學術(shù)機構(gòu)或大學附屬醫(yī)院。”

Ferris Jung和Vivianne Dorothee Niehaus是EMBL的GeneCore專家團隊成員

致力于用具有挑戰(zhàn)性的樣本實現(xiàn)精準基因組學

攻克高難度樣本挑戰(zhàn)
區(qū)別于其他的實驗平臺，GeneCore 的過人之處在于，它十分樂于承接那些往往不符合標準質(zhì)量的高難度樣本。 Jung解釋道：“GeneCore 的一大優(yōu)勢，就是我們敢于處理各類高復(fù)雜度樣本。很多實驗平臺都會設(shè)定樣本的質(zhì)量與起始濃度：只要樣本兩項指標有一項不達標，他們就不會接手處理。”

因此，他們的技術(shù)方案需要依托深厚的專業(yè)經(jīng)驗，而無法單純依賴自動化技術(shù)。“面對高難度樣本時，需要科研人員實時跟進實驗進程，并憑借豐富的實操經(jīng)驗，采用實踐驗證有效的實驗步驟。” Jung說，“這一過程必須由專業(yè)人員全程把控，才能切實確保將試劑盒的效能發(fā)揮到極致。”

GeneCore 的實驗流程是團隊協(xié)作的成果 —— 在樣本送達之前，實驗人員就會針對初步的項目需求，啟動深入的技術(shù)交流。

“我們不是一家用千篇一律的方式處理樣本的科研機構(gòu)。我們十分樂意助力各類高難度項目，助力科研同仁順利推進研究工作，處理那些難度較高、流程復(fù)雜的樣本。” Niehaus 在闡述團隊整體理念時強調(diào)，“我們團隊成員的專業(yè)背景各不相同，每個人都身懷專長。這正是我們?nèi)〉贸晒Φ年P(guān)鍵所在。”

戰(zhàn)略化自動化方案，實現(xiàn)高重復(fù)性與高通量雙重目標
GeneCore 采用精細化自動化策略，深知并非所有實驗流程都能從全自動化中獲益。“我們有大量定制化實驗流程，這給全自動化儀器帶來了不小難度。因此，針對這類定制化樣本，我們采用半自動化模式—— 畢竟這些實驗流程并非完全標準化，不足以支撐全自動化的投入與應(yīng)用。” Niehaus 解釋道。

不過，對于標準化實驗流程而言，全自動化能夠帶來顯著優(yōu)勢。“我們也有大量 A 類標準樣本，這類樣本的處理方式完全一致，” 她補充道，“針對這類樣本，我們的目標是將相關(guān)流程全部實現(xiàn)自動化。目前，我們正逐步推進全流程無人值守解決方案—— 操作人員只需完成試劑配制、樣本上樣，隨后即可離開，靜待流程結(jié)束。”

近年來，自動化方案的應(yīng)用門檻正持續(xù)降低 —— 這類方案操作友好，對專業(yè)人員的技術(shù)門檻要求不高，同時還能帶來顯著效益。“自動化將我們從重復(fù)性工作中解放出來，得以專注開展定制化項目。” Niehaus 指出，“此外，當實驗流程實現(xiàn)全自動化且運行成熟后，實驗的穩(wěn)定性與重復(fù)性會大幅提升，通量也能隨之提高。”

自動化技術(shù)正持續(xù)高速發(fā)展。為順應(yīng)這一市場需求，試劑生產(chǎn)商正不斷優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，提升其自動化適配性。“但凡事皆需權(quán)衡利弊。” Jung 提醒道，“操作越簡便的儀器，往往靈活性越差。而儀器的靈活性越高，要實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的自動化運行，就越需要操作人員具備豐富的實操經(jīng)驗。”

微縮化和可持續(xù)性的興起
令人振奮的是，自動化技術(shù)推動了NGS文庫制備流程的微縮化發(fā)展。這一技術(shù)突破對樣本需求量產(chǎn)生了深遠影響，使團隊得以處理那些樣本量有限的珍貴樣本。“一旦實現(xiàn)實驗流程的微縮化，所需的樣本投入量就會大幅減少。” Niehaus 表示，“我們發(fā)現(xiàn)，如今需要處理微量珍貴樣本的實驗流程越來越多。因此，微縮化技術(shù)讓我們能夠高效處理這類樣本。”

“任何一款移液體積可低至 1 uL以下的設(shè)備都極具應(yīng)用價值，而且我們發(fā)現(xiàn)，目前市面上推出這類設(shè)備的廠商已經(jīng)不在少數(shù)。” Jung 補充道。

在一個高度依賴塑料耗材的行業(yè)中，這場向微縮化邁進的技術(shù)趨勢，同樣契合了更廣泛的可持續(xù)發(fā)展目標。“ EMBL 正推行一項綠色環(huán)保倡議，我們致力于通過減少塑料使用量來降低碳足跡。” Jung 指出，“比如，現(xiàn)有研發(fā)的部分技術(shù)可實現(xiàn)預(yù)混液的單次轉(zhuǎn)移—— 無需為每個樣本更換移液吸頭，而是以非接觸轉(zhuǎn)移的方式將預(yù)混液加入每個反應(yīng)孔，僅此一項操作就能節(jié)省大量塑料耗材。”

面向未來的微縮化
對于 GeneCore 這類科研機構(gòu)而言，移液體積可低至 1 微升以下的自動化技術(shù)設(shè)備—— 例如 SPT Labtech 的dragonfly® discovery 與mosquito® genomics 自動化移液平臺 —— 堪稱一套性能可靠的自動化升級方案。這類系統(tǒng)可實現(xiàn)無接觸式液體添加，既能省去一次性移液吸頭的使用，又能在納升級別的移液體積下保持高精度。

依托核心技術(shù)平臺，共創(chuàng)穩(wěn)健發(fā)展未來
展望未來，Jung和Niehaus 均對核心技術(shù)平臺秉持推崇態(tài)度。“我由衷認可核心技術(shù)平臺的存在價值，并建議科研人員積極借助這些平臺開展研究。” Niehaus 表示，“借鑒他人的經(jīng)驗 —— 尤其是那些具備專業(yè)能力、能夠為項目規(guī)劃與實施提供支持的專家經(jīng)驗 —— 我們定能從中獲益良多。”

這一觀點的提出，還源于對研究可重復(fù)性的切實擔憂 —— 目前諸多已發(fā)表的研究成果，其可重復(fù)性比例極低。“我熱切期盼這一領(lǐng)域能有所改觀。科研的核心宗旨，終究是讓我們得以共享彼此的研究成果、互惠共贏。” Niehaus 總結(jié)道，“當初我決定投身核心技術(shù)平臺的工作，就是希望能深耕某一專業(yè)領(lǐng)域，為規(guī)劃這類實驗的科研人員提供支持與指導(dǎo)。我渴望參與的研究，是能夠產(chǎn)出真實可信、具備可重復(fù)性數(shù)據(jù)的研究。”

https://www.embl.org/groups/genomics/

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