自动化NGS文库制备电子书

自动化NGS文库制备的优势

有价值的 NGS 数据取决于高质量的文库制备；而有洞察力的测序则依赖于无偏的文库覆盖和良好的产量。不幸的是，文库制备耗时、耗力且容易出错。面对这些挑战，高质量的文库制备需要花费时间和金钱，但科学家很少拥有充足的时间和金钱。因此，研究人员发现他们雄心勃勃的目标受到文库制备瓶颈的限制。现在，经过十多年的优化和改进，实验室自动化的发展有望缓解这一限制。自动化为 NGS 文库制备带来了许多好处。本章将讨论三个最重要的好处：提高数据质量、提高吞吐量和降低成本。我们将讨论每个因素，着眼于可能让自动化新手感到惊讶的方面，并强调对研究目标影响最大的方面。

提高数据质量：准确度和精确度
准确度和精确度对于在文库制备工作流程的每个步骤中实现理想的结果至关重要。在所有任务中，试剂和样品必须以精确的量进行分装、组合和转移，以驱动灵敏的化学反应并提供高质量的结果。
大多数实验室在 NGS 文库制备过程中可能需要将体积降至 1 μl。在此体积下，自动化系统和熟练的人工技术人员的表现相当，实际移液量在目标的 5% 以内，即 0.95-
1.05 μl，称为变异系数 (CV)。
人工技术人员和自动化系统在移液变异性和错误率方面确实有所不同，如下所述。

减少变异性和错误
自动化系统可最大限度地减少变异性并消除错误，而技术人员在处理复杂协议或大量样本时可能会遇到这些方面的困难。文库制备协议可能涉及数小时的漫长过程中的无数个单独步骤，并且考虑到大多数 NGS 实验的规模，移液任务在整个项目中重复无数次（有关更多讨论，请参阅第二章）。

不可避免的是，即使是熟练的人类技术人员也会因注意力不集中而犯下移液错误。通常，唯一的解决方案是重做整个程序。然而，机器人系统可以不知疲倦地、完美地执行移液。每次都将正确的液体移到正确的孔中。通过消除重复运行，可以节省昂贵的试剂和宝贵的时间（有关成本节约的更多信息，请参阅下文）。此外，通过消除错误，自动化可以提供更可靠的库和下游数据。

可重复性和一致性
分析需要具有可重复性和一致性，不仅要确保其结果正确，还要让研究人员对其结果充满信心。自动化比手动流程更好地支持分析的可重复性和一致性。影响检测可重复性的关键因素之一是移液的可变性。自动化消除了实验者技术的可变性，因为机器人每次都以相同的方式执行每个步骤。此外，这支持更好的下游分析。

在更短的时间内实现更高的吞吐量除了提高数据质量之外，自动化还可以提高实验室的吞吐量，更快地生成更多库并释放宝贵的动手时间。每个手动程序需要 3-4 小时。相比之下，自动化系统可以在不到 3 小时内完成一个库，动手时间不到 15 分钟，而且自动化系统可以在下班时间工作。凭借更快的周转时间，自动化可以缩短实验时间并更快地提供有影响力的数据。凭借更高的吞吐量，自动化可以促进更雄心勃勃的实验并为实验设计开辟新的途径。

由于实际操作时间减少，研究人员可以将更多精力投入到实验设计和数据分析上，从而充分发挥其宝贵的技能。

降低成本
自动化系统可能需要大量的初始投资，尽管一些现代系统更便宜（请参阅第 3 章，了解有关比较自动化选项的提示）。但随着效率和性能的提高，许多实验室将收回其初始投资，实际上还可以节省总成本。
用高效的机器人取代繁琐的手动移液可以从多方面降低成本。通过消除在错误程序后重新运行的需要，自动化可以节省浪费的样品、试剂和消耗品。此外，通过缩短周转时间，自动化可以节省冗长实验的间接成本。尽管短期投资和学习曲线看似很大，但这些改进的结果是大多数实验室的净节约。

估算预期投资回报率 (ROI)
实验室的自动化投资回报率可以计算为其当前手动工作流程成本与自动化系统潜在成本之间的差额。这些成本将取决于一些实验室的具体细节，例如，特定试剂的价格或动手时间的成本。然而，对投资回报率影响最大的是实验室的吞吐量，因为它可以放大成本和节省。为了量化成本，将样品、试剂、耗材、劳动力和机器提炼为一个单一的指标，即每样品成本 (CPS) 会有所帮助。实验室可以使用他们的 CPS 作为基线，推断他们当前和未来的吞吐量，并与自动化成本进行比较。要计算您的 CPS，请将实验室在给定时期的检测费用加起来。接下来，加上手动程序所花费的人工时间。可以使用全职当量 (FTE) 来量化这些小时数。 FTE 为正在执行的工作分配每小时工资。这可以是技术人员的实际工资或合理的估计。您还可以用小时数而不是美元来量化 FTE，以专注于节省时间。然后，将这些成本除以该期间运行的样本数量。商数将是您的 CPS，以美元或美元和每个样本的 FTE 小时为单位。

计算投资回报率的下一步是使用自动化量化您的 CPS。只需将使用新系统的等量样本的试剂和 FTE 成本相加。然后添加与自动化系统本身相关的成本，例如购买价格（请参阅第 3 章以确保您了解有时隐藏的成本）。将此总数除以您打算运行的样本数量，您将得到一个可比的 CPS。具有良好投资回报率的自动化系统将提供价格合理且运营成本最低的机器，并提供如上所述的降低成本的结果。您运行的样本越多，这些净节省就越大，主要是通过节省更多的动手时间和减少更多的错误分析浪费。