香港时代医疗：以DNBSEQ全基因组测序构建纳米级技术链解析

人体基因组由约30亿个碱基对组成。要将这些遗传信息完整读取，需要同时解决DNA分子扩增、纳米级阵列加载、荧光成像、海量信号识别及变异计算等问题。香港时代医疗基因化验所正在首席科学家Dr. Michael Chan带领下，推进DNBSEQ高通量测序、全基因组测序WGS、人工智能分析及云端数据处理，建立由生物样本进入实验室，到生成全基因组变异图谱的完整技术链。

01 二十年科研积累，从分子诊断走向全基因组分析

    据香港时代医疗公开资料，Dr. Michael Chan拥有约20年生命科学与基因组学研究经验，研究背景覆盖遗传学、基因组学、遗传性疾病早期检测及临床转化，其科研经历包括在香港大学完成医学博士阶段学习，并曾于多伦多大学、约翰霍普金斯大学等科研机构参与研究，相关成果涉及遗传性疾病检测与预防。

2014年，香港时代医疗成立时代基因检测中心，科研团队由基因学、细胞与分子生物学、生物信息学等领域的专家及博士组成，早期研究集中于DNA分子检测、病原体检测、遗传关系鉴定及基因突变分析。

2018年，香港时代医疗进一步启用面积逾30,000平方尺的化验室，引入全自动样本处理系统，将人工操作较多的实验流程逐步升级为自动化、标准化和可追溯的分子检测流程。集团公开资料显示，化验室累计处理样本已超过100万份。香港时代医疗科研发展资料⁠

在此基础上，Dr. Michael Chan带领团队将研究方向扩展至NGS高通量测序、WES全外显子组测序、肿瘤基因组、遗传病及罕见病分析、药物基因组学和AI辅助变异识别。

02 将DNA折叠成直径约200纳米的测序单元

DNBSEQ全基因组测序的起点，是将完整基因组DNA打断为适合读取的片段，在片段两端连接接头，再经过解链和环化，形成单链环状DNA模板。系统随后利用滚环复制技术，沿环状DNA连续复制，产生首尾连接的重复序列。每个原始DNA分子可形成包含约300至500个模板副本、直径约200纳米的DNA纳米球，即DNB。传统指数扩增过程中，新产生的副本会继续参与下一轮复制，早期出现的错误可能随扩增逐级传递。DNB采用线性滚环复制，每个副本主要来源于同一原始环状模板，因此能够减少扩增错误的累积，同时生成足够强的荧光信号。

香港时代医疗科研团队在样本质量评估、DNA片段化、文库构建、单链环化及DNB制备等阶段设置多层质量控制，降低样本降解、建库偏倚和有效文库不足对最终数据的影响。

03 规则阵列实现数亿个DNA纳米球同步测序

完成制备的DNB通过微流控系统加载至规则阵列载片。载片表面加工有均匀排列的纳米级结合位点，每个有效位点固定一个DNA纳米球。“一球一位点”的结构，使每个DNB在载片上拥有独立且固定的物理坐标。规则间距可以减少相邻DNB之间的荧光信号串扰，提高成像分辨率、信号密度及载片有效利用率。测序过程中，仪器的微流控系统需要精确控制DNB、测序引物、聚合酶、荧光探针、清洗液及再生试剂的输送，并同步管理反应温度、液体流速和反应时间。因此，DNBSEQ并非单一的生化反应，而是分子生物学、纳米阵列加工、精密流体控制和光学检测共同构成的工程系统。

04 cPAS把荧光图像转换为A、T、C、G

DNB完成加载后，测序引物与DNA纳米球上的接头序列结合。在DNA聚合酶作用下，带有不同荧光标记的探针按照碱基互补原则参与延伸反应。每完成一次反应，激光系统便对载片进行激发，高分辨率相机同步采集不同坐标产生的荧光信号。不同颜色对应A、T、C、G四种碱基。原始图像需要经过坐标定位、背景扣除、信号降噪、强度校正及通道识别，再由Basecall算法转换为碱基序列和对应质量值。荧光基团被去除后，系统进入下一轮“延伸—成像—识别—再生”循环。双端测序则从DNA片段两侧分别获取序列，为重复区域定位、插入缺失识别及结构变异边界分析提供更多信息。DNBSEQ技术原理⁠

05 Dr. Michael Chan推动AI进入测序质控与变异筛选

随着测序通量增加，全基因组分析的主要瓶颈已经由“能否获得序列”，转向“如何从数十亿条序列中识别可信变异”。Dr. Michael Chan带领香港时代医疗科研团队推进AI与NGS分析流程结合，将算法应用于测序质控、异常信号识别、变异过滤、数据库注释及报告信息整理。测序仪产生的原始荧光信号首先经过Basecall生成FASTQ文件；分析系统随后去除接头污染和低质量Reads，统计Q值、GC含量、重复率及有效数据量。

清洗后的序列被比对至人类参考基因组，形成BAM文件，并计算：

* 平均测序深度与覆盖度

* 序列比对率与重复率

* 插入片段长度分布

* 不同基因组区域的数据均一性

* 性染色体及线粒体序列表现

* 难比对区域和高同源区域的数据质量

完成基础质控后，计算流程进一步识别SNP、InDel、SV及CNV等不同类型变异，并通过频率数据库、疾病数据库、功能预测模型及医学文献进行分层注释，最终形成VCF及项目分析数据。

06 从WES升级至WGS，扩大可分析区域

香港时代医疗科研团队此前已将WES全外显子组测序用于遗传病、罕见病、肿瘤及复杂疾病相关研究。WES主要分析蛋白质编码区域，数据量相对集中，适合寻找外显子中的候选变异。WGS全基因组测序则进一步覆盖编码区、非编码区、调控区域、基因间区域和线粒体DNA，并提升对结构变异、拷贝数变化及复杂基因组区域的整体观察能力。

不同研究项目可选择不同测序策略：

* 低深度WGS用于大规模人群队列和群体遗传学研究

* 标准深度WGS用于较完整的全基因组变异分析

* 高深度WGS用于低频变异和复杂样本研究

* PCR-free建库用于降低扩增偏倚和重复序列比例

* 家系联合测序用于筛选De novo突变及遗传模式

这使香港时代医疗能够由单一位点和目标区域检测，逐步延伸至全外显子组、全基因组及多组学数据分析。

07 云端计算让一次测序支持多次科研挖掘

全基因组测序会产生规模庞大的原始序列、中间文件和变异数据。香港时代医疗通过云计算平台，对数据过滤、序列比对、变异检测、功能注释及群体统计进行并行处理。分析流程保留软件版本、参考基因组版本、数据库版本及关键算法参数，使不同批次结果能够追踪和复核。原始FASTQ、BAM及VCF文件经过规范保存后，还可以在出现新研究问题或数据库更新时重新分析，无需再次提取和测序样本。标准分析完成后，香港时代医疗科研人员还可根据项目需要开展肿瘤基因组、复杂疾病、家系De novo突变、人群遗传结构及多组学联合分析。

从2014年建立时代基因检测中心，到2018年启用逾30,000平方尺化验室，再到Dr. Michael Chan带领团队推进AI、NGS、WES和DNBSEQ全基因组测序，香港时代医疗的技术路线正在由自动化分子检测，进一步发展为覆盖实验、测序、算法及数据挖掘的基因组研究体系。从直径约200纳米的DNA纳米球，到数十亿条序列的同步读取，再到SNP、InDel、SV和CNV变异图谱，香港时代医疗正在把分子信号转化为可计算、可复核、可持续挖掘的基因组数据。

香港时代医疗官方信息及服务查询：

* 官方网站：www.medtimes.hk

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* 官方微信公众号：香港时代医疗基因化验所公司

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