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1 新型シーケンサの技術 利用状況 に関する調査 報告書 平成 22 年 3 月

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3 目次 1. はじめに シーケンサ技術の発展史 次世代シーケンサについての基本的特徴 今後の動向 Illumina 社の動向 HiSeq TM Genome Analyzer Ⅱeシーケンスシステム iscansq Roche 社の動向 GS Junior Bench Top System ABI 社の動向 SOLiD SOLiD4hq Pacific Bioscience 社の動向 今後のスペックアップの方向性 次世代シーケンサの導入 設置状況 次世代シーケンシング受託解析 北海道システム サイエンス株式会社 フィルジェン株式会社 株式会社ジナリス 日立ソフトウェアエンジニアリング株式会社 株式会社タカラバイオ 株式会社 GPバイオサイエンス 株式会社医学生物学研究所 まとめ i

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5 1. はじめに 2005 年に 454 Life Science 社が 従来のサンガー法とは異なる技術を用いた高速シーケンサを製品化して以来 各社が次世代シーケンサを相次いで製品化している ライフサイエンス研究を加速する次世代シーケンサについて 文献情報や web 情報を中心として シーケンサ技術の発展史 次世代シーケンサについての基本的な特徴 今後の動向を調査するとともに 国内外における導入状況 設置状況についても可能な範囲で調査を行った また 次世代シーケンサを用いる受託解析を行う代表的な国内企業について 使用機種及びサービス 解析結果 データ解析サービス 必要なサンプル量 価格 を調査した 2. シーケンサ技術の発展史 サンガー法に基づくキャピラリーシーケンサの登場 性能向上により 1990 年代には微生物のゲノム配列を完全決定することが可能になり 2000 年代にはそれよりはるかにゲノムサイズが大きいヒトなどのゲノム配列が完全決定されるまでになった 2005 年以降になると いわゆる次世代シーケンサが登場し それまでとは桁違いに大量の配列データを短時間 低コストで生成可能となった ( 図 1) 一言に次世代シーケンサといっても 数十から 100 塩基程度の短い配列を大量に読むものから 従来のキャピラリーシーケンサには劣るものの長くて 500 塩基におよぶ連続した配列を高精度に読めるものまで存在する これらの特徴を表 1 にまとめる (Heliocs 社 Pacific Biosciences 社のシーケンサを除く ) 1

6 図 1 シーケンサのスループットの変化 より 表 1 前世代 次世代シーケンサの特徴比較 前世代 次世代 短い配列を大量に読むタイプ 長い配列を大量に読むタイプ 配列決定原理 サンガー法 ligation-based (ABI 社 SOLiD シリーズ ) Pyrosequencing (Roche 社 GS シリーズ ) sequencing-by-syntesis (Illumina 社 GA シリーズ ) リード 長くて 1000 塩 100 塩基程度 現状 長くて 500 塩基程度 長 基程度 並列度 数十 ~ 数百 数億 数千 用途 ( 得意と ゲノム配列決定 完全長 cdna 配 再配列決定 ChIP-Seq ゲノム配列決定 完全長 cdna 配列決定 する研究 列決定 mirna 同定 スプライシングバリアント同定 用途 ) 発現解析 メタゲノム配列決定 メチル化領域同定 大規模ゲノム変異の同定 2

7 3. 次世代シーケンサについての基本的特徴 次世代シーケンサを販売している主要なメーカーを対象に 新型シーケンサのスペック比較を行う 対象とするメーカー シリーズは以下の通りである Roche 社 GS シリーズ ABI 社 SOLiD シリーズ Illumina 社 GA シリーズ 比較項目は以下の通りである 平均リード長 並列度 一回の計測で読める総塩基長 一回の計測にかかる時間 ( 運転時間 ) 初期投資 ( シーケンサの販売価格のみ データ解析に必要な計算サーバ 装置を含まない価格 ) 一回の計測にかかる費用 ( 試薬代 ) これらのシーケンサを運用するためには 実験のためのテクニシャン データ解析のためのインフォマティシャンが必要となり そのための人件費も大きなファクターとなるが 今回のスペック比較には含めないものとする 表 2~ 表 5 にスペック比較表を示す Illumina 社の GA シリーズは 計測プラットフォームのバージョンに加え 試薬やパーツの変更による性能向上に関する情報が得られたため それらの変更もバージョンアップとみなしてスペック表を作成した 表 2 Roche 社 GS シリーズ GS 20 GS FLX GSFLX Titanium GS junior リリース ( 年 月 ) 2005 春 Feb-07 Nov /6 ( 予定 ) 平均リード長 約 100 塩基 約 250 塩基 約 500 塩基 約 400 塩基 並列度約 20 万約 40 万約 100 万約 10 万 一回に読める総塩基長 ( 平均リード長 並列度 ) 2 千万塩基 1 億塩基 5 億塩基 4 千万塩基 運転時間約 10 時間約 10 時間約 10 時間約 10 時間 初期投資約 8 千万円約 1 千 500 万円 ランニングコスト約 200 万円約 80 万円約 10 万円 3

8 SOLiD 1 表 3 ABI 社 SOLiD シリーズ SOLiD2 SOLiD3 SOLiD3plus SOLiD4 SOLiD4HQ SOLiD4HQ p-line リリース ( 年 月 ) Nov-07 May-08 Nov-08 May 春 2010 冬 2010 冬 平均リード長並列度一回に読める総塩基長 ( 平均リード長 並列度 ) 運転時間 約 35 塩基約 3.6 千万 12.5 億塩基約 48 時間 約 50 塩基 約 50 塩基 約 50 塩基 約 50 塩基 約 75 塩基 約 75 塩基 約 5 千万 約 1 億万 約 2 億万 約 4 億万 約 4 億万 25 億塩基 50 億塩基 100 億塩基 200 億塩基 300 億塩基 約 48 時間 約 48 時間 約 48 時間 約 48 時間 約 48 時間 約 48 時間 初期投資 約 7.8 千万円 約 7.8 千万 円 約 7.8 千万 円 約 7.8 千万 円 約 7.8 千万 円 約 7.8 千万円 ランニングコスト 約 250 万円 約 250 万円約 250 万円約 250 万円約 250 万円約 250 万円 4

9 表 4 Illumina 社 GA シリーズ (1) GA(1) GA(2) GAII(1) GAII(2) リリース ( 年 月 ) 2007 春 2007 秋 2008 春 2009 春 平均リード長 約 25base 約 35base 約 35base 約 50base 並列度 約 4 千万 約 4 千万 約 4 千万 約 億万 一回に読める総塩基長 ( 平均リード長 並列度 ) 10 億 base 14 億 base 28 億 base 100 億 base 運転時間約 48 時間約 60 時間約 120 時間約 132 時間 初期投資約 9 千万円約 9 千万円約 9 千万円約 9 千万円 ランニングコスト約 70 万円約 70 万円約 120 万円約 120 万円 表 5 Illumina 社 GA シリーズ (2) GAIIx(1) GAIIx(2) GAIIx(3) GAIIx(4) HiSeq2000 リリース ( 年 月 ) 2009 春 2009 夏 2009 秋 2010 春 2010 春 平均リード長 約 50base 約 75base 約 100base 約 100base 約 100base 並列度 約 0.96~ 約 0.96~ 約 1.38~ 約 2.25~ 1.2 億万 1.2 億万 1.68 億万 2.5 億万 約 10 億万 一回に読める総塩基長 ( 平均リード長 並列度 ) 120 億 base 180 億 base 330 億 base 500 億 base 2000 億 base 運転時間 約 156 時間 約 228 時間 約 228 時間約 228 時間約 228 時間 初期投資 約 9 千万円 約 9 千万円 約 9 千万円 約 9 千万円 約 11 千万円 ランニングコスト 約 190 万円 約 190 万円 約 190 万円約 190 万円約 300 万円 4. 今後の動向 Illumina 社 Roche 社 ABI 社及び Pacific Bioscience 社における最新動向について記載する 4.1 Illumina 社の動向 HiSeq TM 2000 Illumina 社は 2010 年 1 月 12 日 新シーケンスシステム HiSeq2000 を発表した 5

10 HiSeq2000 のシステム概要を以下に示す 比類なきデータ量 スループットは 200Gb/ ラン 25Gb/ 日 (100bp ペアエンド法 ) 2 枚のフローセル同時処理と革新的な二重表面のイメージング法を採用し 大量のシーケンスデータスループットを可能にすると同時に 実験の柔軟性も実現した 飛躍的な操作性の向上 ラン開始に必要な作業時間は 10 分以下 96 サンプル同時並列処理可能なライブラリー調整により ハンズオン時間と全体のコストが大きく削減される 低いランニングコスト 1 回のランで 2 人のヒトゲノム (30x カバレッジ ) 解析を可能にし 1 人あたりの解析は 1 万ドル以下で行える 1 枚あるいは 2 枚のフローセルのランを同時に行うことができ リード長が異なる複数のアプリケーションの同時解析が可能である HiSeq2000 のアプリケーションは次のとおりである DNA シーケンス 遺伝子発現調節 シーケンスベーストランスクリプトーム解析 SNP 探索及び構造多型解析 細胞遺伝学研究 DNA-タンパク質相互作用解析 (ChIP-Seq) シーケンスベースメチル化解析 Small RNA 探索及び解析 この項の出典を以下に示す HiSeq2000 システム ( ニュースリリース(2010 年 1 月 15 日 ) 新製品 HiSeq TM 2000 シーケンスシステム発表 1 ランで 2000 億塩基 ヒトゲノム 2 人分が解読可能に df Genome Analyzer Ⅱeシーケンスシステム Illumina 社は 2010 年 1 月 14 日 低価格の新シーケンスシステム Genome Analyzer Ⅱe を発表した ( 日本のプレスリリースは 1 月 25 日 ) このシステムは 既に世界で広く使 6

11 われている Genome AnalyzerⅡx と同様のシステム構成と 実証済みの Sequence by Synthesis(SBS) 法を採用しており リリース時には 1 回のランで 2 億のペアエンドリードと 200 億塩基のデータを算出することができる Illumina 社は Genome AnalyzerⅡx のスループットを増加し ランあたり 950 億塩基にする予定だが Genome AnalyzerⅡe のスループットも今後は 1 回のランあたり 3 億のペアエンドリードと 400 億塩基にまで増加させる予定である Genome AnalyzerⅡe は 低価格 優れた操作性 実績のあるテクノロジーを有するため 小規模の研究室に適している Genome AnalyzerⅡe のアプリケーションは次のとおり HiSeq2000 と同じである DNA シーケンス 遺伝子発現調節 シーケンスベーストランスクリプトーム解析 SNP 探索及び構造多型解析 細胞遺伝学研究 DNA-タンパク質相互作用解析 (ChIP-Seq) シーケンスベースメチル化解析 Small RNA 探索及び解析 この項の出典を以下に示す Genome AnalyzerⅡe( ニュースリリース(2010 年 1 月 25 日 ) Genome AnalyzerⅡe シーケンスシステムを発表次世代シーケンサーをより多くの研究者に iscansq で紹介した Genome AnalyzerⅡe のニュースリリースによれば 2010 年第 2 四半期に 1 回のランあたり 200 億塩基とペアエンドリード 2 億リードのシーケンススループットを持つ iscansq をリリースする予定である このシステムは マイクロアレイも処理可能な柔軟なシステムになる予定である この項の出典を以下に示す ニュースリリース(2010 年 1 月 25 日 ) Genome AnalyzerⅡe シーケンスシステムを発表次世代シーケンサーをより多くの研究者に 7

12 4.2 Roche 社の動向 GS Junior Bench Top System ロシュ ダイアグノスティック社より 次世代シーケンス技術のパワーをそのまま 研究室レベルの実験規模のマッチしたベンチトップサイズに小型化し 取扱いを簡素化したシステム GS Junior Bench Top System を 2010 年中にリリースする旨 発表があった 機能の例は次のとおりである PCR 産物をクローナルにシークエンス (Amplicon) ヒトのターゲット リシークエンス (Resequencing) 微生物の de novo シークエンス (De novo sequencing of microbial genomes) さまざまな環境サンプルのメタゲノム解析 (Metagenome) 病原体の検出 (Pathogen detection) システムの性能は次のとおりである スループット 1 回のランあたり 3500 万超の塩基 ランタイム シーケンシングに 10 時間 データ生成に 2 時間 リード長 平均長 400 塩基 精度 400 塩基長を Q20(400 塩基で 99% の精度 ) 1 回のランあたりのリード長 10 万リード ( 平均 ) 入力サンプル gdna amplicon cdna BAC 装置の大きさ 40cm( 幅 ) 60cm( 奥行き ) 40cm( 高さ ) 重さは 55 ポンド 計算 Linux ベースの OS(HP 製デスクトップコンピュータ ) この項の出典を以下に示す ロシュ オンラインカタログ The New GS Junior( 4.3 ABI 社の動向 SOLiD4 ABI 社は 2010 年内に SOLiD4 をリリースすると発表した システムの性能は次のとおりである 8

13 スループット 1 回のランあたり 100GB のマップ可能なシーケンスあるいは 14 億リード (1.4billion) ライブラリー フラグメントライブラリー ペアーエンドライブラリー メートペアードライブラリー入力サンプル DNA cdna RNA BAC プラスミド fosmids 組織 PCR 産物必要なサンプル量 10ng から 5μg( フラグメントライブラリー ) 10ng から 5μg( ペアーエンドライブラリー ) 5μg から 20μg( メートペアードライブラリー ) フローセル独立な 2 つのフローセル精度 QV30 以上で 80% 超 1 回のランあたりのリード長 10 万リード ( 平均 ) コストゲノムあたり $6000 この項の出典を以下に示す SOLiD 4 System stemsequencing/solid4-system/index.htm?cid= s4-na-hp SOLiD 4 System の仕様 (Specification Sheet) nts/generaldocuments/cms_ pdf コストについては Life Technologies Fires Latest Sequencing Salvo (Genomics Law report),( SOLiD4hq 2010 年 1 月 28 日に Dan Vorhaus 氏が Genomics Law Report に投稿した記事によれば GenomeWeb に 2010 年後半に SOLiD4hq をリリースすると掲載された とのことである GenomeWeb での記事によれば SOLiD4hq は 1 回のランあたり SOLiD4 の半分のコストで 3 倍のアウトプットが期待できる とのことである 原文は単位が間違っているが の SOLiD4( ゲノムあたり $ 回のランあたり 100GB) と比較すると ゲノムを $3000 で読めて 一回のランあたり 300GB を期待しているようである この項の出典を以下に示す 9

14 Life Technologies Fires Latest Sequencing Salvo (Genomics Law report), ( 4.4 Pacific Bioscience 社の動向 The Wall Street Journal の web ページに 2010 年 3 月 8 日にアップされた記事によれば Pacific Biosciences 社は ヒトゲノムを $100 未満で 1 時間以内にシーケンシングするシステムを開発中である とのことである ( 出典 :The Wall Street Journal, Pacific Biosciences Speeds DNA Sequencing 4FE2-A2F E1CA8E7.html Pacific Biosciences 社の web ページから The Wall Street Journal のページにリンクが貼られている 今後のスペックアップの方向性 代表的な次世代シーケンサの他 今後リリースが予定されている Pacific Biosciences 社のシーケンサ ( 以下 PacBio) を含め ここ数年間 ~ 今後を含めたスペックアップの方向性を示す 図 2 に 一日に解読できる塩基数 ( 総解読長 ) とリード長との関係を示す どのシーケンサも総解読長が大きくなる方向に向かっていることは同じであるが GS シリーズはリード長が伸びているのに比べ GA シリーズや SOLiD シリーズは 100 塩基程度で上げ止りとなっている 既出の表にもあるとおり 後者はリード長増大ではなく並列度を上げることに注力している 前者の延長線上には PacBio があり 後者の延長線上には Heliscope がある 10

15 図 2 一日に解読できる塩基数とリード長の関係 図 3 に 1 塩基を決定するための価格とリード長との関係を 図 4 にはそれと並列度との関係を示す GS シリーズはリード長が伸びるのと同時に価格も下がっているが SOLiD シリーズや GA シリーズではリード長の伸びとは関係なく 並列度の向上によってコストダウンが実現されている 11

16 図 3 1 塩基あたりの配列決定価格とリード長の関係 図 4 1 塩基あたりの配列決定価格と並列度 12

17 5. 次世代シーケンサの導入 設置状況 国内メーカーにヒアリングしたところ 次世代シーケンサの納入実績 ( 台数 納入先 ) は 公表しない方針である とのことであり 概数として次の数字を入手した メーカー 機種 納入台数 ABI SOLiD シリーズ 20 台程度 ( 国内 ) Illumina Genome Analyzer シリーズ 60~80 台 ( 国内 ) Roche 454 FLX シリーズ 2 桁 ( 国内 ) 3 桁 ( 海外 ) また ヒアリングにより 次世代シーケンサの全世界における台数について 次のことが明らかとなった 全世界における次世代シーケンスの台数は約 1500 台である メーカーの内訳は Illumina が約 50% Roche が約 30% ABI が約 20% である 具体的な導入機関 設置台数の例として web で検索して得られた結果を以下に示す 13

18 表 6 メーカー別導入状況 (Illumina 社 国内導入状況 ) 導入機関 機種 導入台数 情報源 導入時期 / 公表時期 タカラバイオ株式 Genome Analyzer 1 台 年 6 月 30 日 会社 Ⅱx ( タカラバイオ ( 株 ) では 2 台目 ) fo/newsreleases/illuminakkpr TAKARA_Bio.pdf 株式会社ジナリス Illumina Genome 1 台 不明 AnalyzerⅡx ct/ngs_service_ pdf 日立ソフトウェア Illumina Genome 1 台 不明 エンジニアリング株式会社 AnalyzerⅡ fescience/lineup/jyutaku/nextg en/?ppc=ls_adw161 フィルジェン株式 Illumina Genome 1 台 不明 会社 AnalyzerⅡx ioscience5-seq/index3.htm 理化学研究所オミ Illumina Genome 6 台 不明 ックス基盤研究領域 AnalyzerⅡx ts/cell_innov/ 北海道システム Illumina Genome 1 台 不明サイエンス株式会 Analyzer 10_1.html 社 社団法人農林水産 Illumina Genome 1 台 不明先端技術産業振興 AnalyzerⅡx uhoukoku2-10.pdf センター農林水 産先端技術研究所 以下不明 14

19 表 7 メーカー別導入状況 (Illumina 社 海外導入状況 ) 導入機関 機種 導入台数 情報源 導入時期 / 公表時期 北京ゲノム研究所 HiSeq 台 ( 予定 ) 年 1 月 18 日公表 fo/newsreleases/illuminakkpr BGI.pdf 北京ゲノム研究所 Genome Analyzer 12 台 ( 合計 29 台 ) 年 4 月 20 日公表 hoenix.zhtml?c=121127&p=iro l-newsarticle&id= &h ighlight= 米国ブロード研究所 Genome Analyzer 22 台 ( 合計 47 台 ) fo/newsreleases/illuminakkpr 2009 年 4 月公表 米国ワシントン大学ゲノムセンター Expression Analysis 社 ( 米国 ) シンガポールゲノム研究所 Broad.pdf Genome Analyzer 21 台 ( 合計 35 台 ) fo/newsreleases/illuminakkpr WashU.pdf Genome Analyzer 1 台 ( 合計 1 台 ) hoenix.zhtml?c=121127&p=iro l-newsarticle&id= &h ighlight= Genome Analyzer 4 台 ( 合計 6 台 ) fo/newsreleases/illuminakkpr pdf 北京ゲノム研究所 Genome Analyzer 11 台 ( 合計 17 台 ) fo/newsreleases/illuminakkpr panda.pdf 英国サンガー研究所 (Wellcome Trust Sanger Institute) 以下不明 Illumina Solexa ( 合計 37 台 ) rces/technologies/sequencing.h tml 2009 年 2 月 9 日公表 2009 年 1 月 8 日公表 2008 年 11 月 14 日公表 2008 年始めに追加購入 ( 左の情報源による ) 不明 15

20 表 8 メーカー別導入状況 (Roche 社 国内導入状況 ) 導入機関 機種 導入台数 情報源 導入時期 / 公表時期 株式会社ジナリス Genome Sequencer 1 台 不明 FLX Titanium ct/ngs_service_ pdf タカラバイオ株式会社 Genome Sequencer FLX 1 台 utaku/basic_info.asp?catcd=b &subcatcd=B 不明 日立ソフトウェアエンジニアリング株式会社フィルジェン株式会社理化学研究所オミックス基盤研究領域北海道システム サイエンス株式会社財団法人かずさ DNA 研究所以下不明 454 Genome Sequencer FLX Genome Sequencer FLX Titanim 454 Genome Sequencer FLX Titanium Genome Sequencer FLX Genome Sequencer FLX &unitid=u 台 fescience/lineup/jyutaku/nextg en/?ppc=ls_adw161 1 台 ioscience5-seq/index3.htm 2 台 ts/cell_innov/ 1 台 10_1.html 1 台 mation/pdf/nl20_0908.pdf 表 9 メーカー別導入状況 (Roche 社 海外導入状況 ) 導入機関 機種 導入台数 情報源 導入時期 / 公表時期 英国サンガー研究所 (Wellcome Trust Sanger Institute) 454 不明 rces/technologies/sequencing.h tml 不明 以下不明 不明 不明 不明 不明 16

21 表 10 メーカー別導入状況 (ABI 社 国内導入状況 ) 導入機関 機種 導入台数 情報源 導入時期 / 公表時期 株式会社ジナリス Applied Biosystems 1 台 不明 SOLiD 3 ct/ngs_service_ pdf タカラバイオ株式会社 Applied Biosystems SOLiD 3 1 台 utaku/basic_info.asp?catcd=b &subcatcd=B 不明 沖縄科学技術振興センター 理化学研究所オミックス基盤研究領域以下不明 Applied Biosystems SOLiD Applied Biosystems SOLiD 3 &unitid=u 台 an/jobs/tokushu/detail.php?id= 台 ts/cell_innov/ 2008 年 3 月 ( st_j/press_release/pr2008 /pr _3/pr _3.html) 不明 表 11 メーカー別導入状況 (ABI 社 海外導入状況 ) 導入機関 機種 導入台数 情報源 導入時期 / 公表時期 不明 表 12 メーカー別導入状況 (Helicos 社 国内導入状況 ) 導入機関 機種 導入台数 情報源 導入時期 / 公表時期 理化学研究所オミックス基盤研究領域 HeliScope 4 台 ts/cell_innov/ 不明 以下不明 17

22 表 13 導入機関別導入状況 ( 国内導入機関 ) 導入機関 機種 ( 導入台数 ) 情報源 株式会社ジナリス Genome Sequencer FLX Titanium (1 台 ) Applied Biosystems SOLiD 3 (1 台 ) Illumina Genome Analyzer IIx (1 台 ) タカラバイオ株式会社 Genome Sequencer FLX (1 台 ) Applied Biosystems SOLiD 3 (1 台 ) &subcatcd=B &unitid=U Illumina Genome Analyzer IIx (1 台 ) 沖縄科学技術振興センター Applied Biosystems SOLiD (3 台 ) =131 日立ソフトウェアエンジニアリング株式会社 454 Genome Sequencer FLX (1 台 ) Illumina Genome Analyzer II (1 台 ) en/?ppc=ls_adw161 フィルジェン株式会社 Genome Sequencer FLX Titanim (1 台 ) 理化学研究所オミックス基盤研究領域 Illumina Genome AnalyzerⅡx (1 台 ) 454 GS FLX Titanium (2 台 ) Illumina Genome Analyzer Ⅱx (6 台 ) Applied Biosystems SOLiD 3 (2 台 ) HeliScope (4 台 ) 北海道システム サイエンス株 Illumina Genome Analyzer (1 台 ) 式会社 Genome Sequencer FLX (1 台 ) 財団法人かずさ DNA 研究所 Genome Sequencer FLX (1 台 ) 社団法人農林水産先端技術産業振興センター農林水産先端技術研究所 Illumina Genome AnalyzerⅡx (1 台 ) 以下不明 18

23 表 14 導入機関別導入状況 ( 海外導入機関 ) 導入機関 機種 ( 導入台数 ) 情報源 北京ゲノム研究所 HiSeq2000 (128 台 )( 予定 ) BGI.pdf Genome Analyzer (29 台 ) -newsarticle&id= &highlight= 米国ワシントン大学ゲノムセ Genome Analyzer (35 台 ) ンター WashU.pdf Expression Analysis 社 ( 米国 ) Genome Analyzer (1 台 ) -newsarticle&id= &highlight= シンガポールゲノム研究所 Genome Analyzer (6 台 ) pdf 英国サンガー研究所 Illumina Solexa (37 台 ) ( Wellcome Trust Sanger 454 ( 台数は不明 ) tml Institute) 米国ブロード研究所 Illumina Genome Analyzer (47 台 ) (Broad Institute) Broad.pdf 以下不明 19

24 6. 次世代シーケンシング受託解析 国内における 次世代シーケンシングの受託解析解析企業の情報を web により収集した 受託解析企業の検索にあたり 次世代シーケンサー受託 のキーワードで検索を実施したところ 次の企業が上位に表示された 北海道システム サイエンス株式会社 フィルジェン株式会社 株式会社ジナリス 日立ソフトウェアエンジニアリング株式会社 株式会社タカラバイオ ( 株 )GP バイオサイエンス 株式会社医学生物学研究所 以下に 各社について サービス内容 仕様機種等を示す 6.1 北海道システム サイエンス株式会社 web ページ ( 等 ) で収集した情報を以下に示す (1) 使用機種及びサービス Illumina 社 Genome Analyzer (GA) Roche 社 Genome Sequencer FLX System (GS FLX) による 高速 DNA シーケンスを実施している GA を用いた受託解析では次のサービスを提供している リシーケンス ChIP シーケンス mrna-seq Small RNA 解析 GS FLX を用いた受託解析では次のサービスを提供している De novo 解析 ニンブルジェンシーケンス キャプチャーによるターゲットシーケンス (2) 解析結果 データ解析サービス提供しているデータ解析サービスは次のとおりである ( 出典は である ) 1SeqNova TM データ解析北海道システム サイエンス株式会社では Roche 社 Genome Sequencer FLX System 20

25 や Illumina 社 Genome AnalyzerⅡの基本データ解析に加えて 独自の SeqNova TM データ解析 System を活用して 以下のデータを基本データとして提供している マッピングデータの視覚化 SNP 解析 UCSC Genome Browser 用アップロードデータ作成 VELVET を使用した de novo アセンブル 2SeqNova TM オプションデータ解析 Web では 以下のメニューが提案されている [ ゲノムシーケンス ] マッピング SNP 候補検索 変異解析 de novo アセンブル アノテーション付加 ( 遺伝子予測 BLAST 検索 ) 専用ビューア向けデータ加工 [ChIP シーケンス ] マッピング 頻度解析 アノテーション付加 専用ビューア向けデータ加工 検体間比較 [mrna-seq] マッピング 頻度解析 アノテーション付加 検体間比較 [Small RNA 解析 ] マッピング 二次構造予測 アノテーション付加 新規 mirna 候補の抽出 検体間比較 3 日立ソフトウェアエンジニアリング株式会社データ解析サービス 受託データ解析 データの可視化 解析データのシステム化 4 解析データバックアップサービス顧客の次世代シーケンスデータを保管する データバックアップサービスを実施している (3) 必要なサンプル量ホームページ上では アプリケーション概要 のページに 次の 3 種類のサービスに関して必要となるサンプル量が記載されている 21

26 1ゲノムシーケンス必要なサンプル量 (Illumina GA Roche FLX 共通 ) サンプル DNA サンプル量 10μg 以上サンプル濃度 200ng/μl 以上 2ChIP シーケンス必要なサンプル量 (Illumina GA) サンプル ChIP サンプルサンプル量 50ng 以上サンプル濃度 5ng/μl 以上 3トランスクリプトーム解析必要なサンプル量 (Illumina GA) Small RNA-seq サンプル total RNA, small RNA サンプル量 20μg 以上サンプル濃度 1000ng/μl 以上 mrna-seq サンプル total RNA サンプル量 20μg 以上サンプル濃度 400ng/μl 以上 ( 以上 1~3の出典 : また キャプチャー のページに 次の 2 種類のサービスに関して必要となるサンプル量が記載されている 4ニンブルジェンシーケンスキャプチャー サンプルタイプ 精製ゲノム DNA (WGA 増幅は不可 ) アレイフォーマット 1x385K 1x2.1M 生物種 ヒト 必要量 25(μg) 濃度 300ng/μl 以上 A260/ A260/

27 5アジレント Sure Select Human All Exon Sure Select は ゲノムの配列の中で個々の研究者が着目している特定領域のリシーケンシングを 効率的に行うことができる独自の研究用ツールである Human All Exon は SureSelect Target Enrichment System の効率性とコストパフォーマンスを改善したもので ヒトゲノムから約 38 Mbp のエクソン領域すべてを取り出して解析を行うものである サンプルタイプ精製ゲノム DNA 生物種ヒト マウス イヌ ラット ウシ ニワトリ 線虫 ショウジョウバエ 出芽酵母 分裂酵母 シロイヌナズナ必要量 10μg 以上濃度 100ng/μl 以上 ( 以上 4と5の出典 : (4) 価格ホームページでは 次のサービス内容についての価格のみが記載されており その他のサービス詳細価格は 別途 問合わせることになっている 1ニンブルジェンシーケンスキャプチャーサービス内容 (*) マイクロアレイ枚数 価格 ( 税別 ) Seq Cap 385K Arr Ser 1 500,000 円 Seq Cap Human Exome 2.1M Arr Ser 1 500,000 円 (*) シーケンスサービスを含まず シーケンスサービスについては別途問合せる 2シーケンスキャプチャー用カスタムアレイデザインサービス内容価格 ( 税別 ) Design Custom Complete 200,000 円 ( 以上 1と2の出典 : 6.2 フィルジェン株式会社 web ページ ( 等 ) で収集した情報を以下に示す (1) 使用機種及びサービスドイツの GATC biotech 社との業務提携により Roche 社 GS-FLX 454 Titanim と 23

28 Illumina 社 Genome AnalyzerⅡx による 高速 DNA シーケンスを実施している フィルジェン株式会社では 配列解析と機能解析について 次のサービスを提供している 1 配列解析アプリケーション ゲノムリシークエンシング ( 参照配列が利用できる場合 ) ゲノムシークエンシング ( 新規ゲノム ) ウイルスシークエンシング メタゲノムシークエンシング BAC Fosmid クローンシークエンシング 導入遺伝子挿入位置の同定 SNP 同定と変異頻度解析 エンリッチメントシークエンシング (Nimblegen Agilent Phebit) 2 機能解析 (Tag 配列解析 ) アプリケーション smallrna または microrna の網羅的シークエンシング ChIP シークエンシング解析 Digital Gene Expression 解析 (SAGE CAGE 3 UTR と 5 UTR アプローチ ) トランスクリプトームシークエンシング (with representative normalized or substracted libraries) (2) 解析結果 データ解析サービス納品データは次のとおりである Roche GS FLX Titanium の場合 FastA&FastQ 形式ファイル ( 配列とクオリティースコア ) ace 形式ファイル (Consed 互換性 ) フローグラム (sff ファイル ) 統計レポート ( テキストファイル ) illumina Genome AnalyzerⅡx FastA & FastQ 形式ファイル ( 配列とクオリティーの場合スコア ) 納品データの解析用に 次世代シークエンシング解析ソフトウェア CLC Genomics Workbench を販売している その他に提供しているデータ解析サービスは次のとおりである De novo assembly Hybrid assembly Alignment Mapping Clustering BLAST 24

29 Annotation ( 以上 (2) の出典は であ る ) (3) 必要なサンプル量 ホームページ上では 対応アプリケーション概要 のページに 次の各サービスに関し て必要となるサンプル量が記載されている 1 配列解析アプリケーション : 新規ゲノム解析 (De novo sequencing) (ⅰ) ドラフト解析ゲノムサイズが 3M の場合必要サンプル量ゲノム DNA10ug 必要データ量ゲノムサイズ 3Mb 20 倍 =60Mb 機種 / プレートサイズ GS FLX Titanium 1/4plate(output:raw data:88mb) ライブラリー種類 Standard library (ⅱ) 精密解析 ゲノムサイズが 3M の場合 必要サンプル量 ゲノム DNA10ug 必要データ量 ゲノムサイズ 3Mb 30 倍 =90Mb 機種 / プレートサイズ illumina Genome AnalyzerⅡ 1channel(output:raw data:350mb) ライブラリー種類 Paired-end library( 推奨 ) 2 配列解析アプリケーション : ゲノムリシークエンシング解析 (Genome Resequencing) 大腸菌ゲノムサイズが 4.6Mb の場合 必要サンプル量 ゲノム DNA10ug 必要データ量 ゲノムサイズ 4.5Mb 30 倍 =138Mb 機種 / プレートサイズ illumina Genome Analyzer Ⅱ x 1channel( シングルリード :raw data:175mb) illumina Genome AnalyzerⅡx 1channel ( ペアエンドリード :raw data:350mb) ライブラリー種類 Standard library Paired-end library( 推奨 ) ( 以上 (3) の出典 : 25

30 (4) 価格 ホームページでは 次のサービス内容についての価格が記載されている 1GS FLX Titanium(*) 解析数 価格 ( 税別 ) 1/16 plate(25,000reads, 10MB) 1 サンプル 606,000 円 1/16 plate(25,000reads, 10MB, PCR products with 528,000 円 adaptors) 1 サンプル 1/4 plate(200,000reads, 80MB) 1 サンプル 1,184,000 円 1/2 plate(500,000reads, 200MB) 1 サンプル 1,850,000 円 1/2 plate(500,000reads, 200MB) 2 サンプル 3,017,000 円 full plate(1,000,000reads, 400MB) 2,906,000 円 (*) 標準ライブラリー作製とアセンブルは 料金に含まれている 特別なライブラリ ー作製は 別途費用が必要である 上記 Roche GS FLX の価格は Single-read sequencing の場合である 2Genome AnalyzerⅡ Single reads (**) 解析数 価格 ( 税別 ) 1channel-36bp(350MB) 517,000 円 2channel-36bp 944,000 円 3channel-36bp 1,371,000 円 4channel-36bp 1,798,000 円 5channel-36bp 2,225,000 円 6channel-36bp 2,652,000 円 7channel-36bp 2,901,000 円 8channel(1flowcell)-36bp(2.8GB) 2,906,000 円 1channel-76bp(700MB) 1,162,000 円 2channel-76bp 2,233,000 円 3channel-76bp 3,305,000 円 4channel-76bp 4,376,000 円 5channel-76bp 5,448,000 円 6channel-76bp 6,430,000 円 7channel-76bp 6,435,000 円 8channel(1flowcell)-76bp(5.6GB) 6,440,000 円 26

31 (**) ライブラリー作製と Mapping は別料金である また ホームページには キャ ンペーン価格も掲載されていた ( 下記の出典参考 ) 3Genome AnalyzerⅡ Paired-end reads (***) 解析数 価格 ( 税別 ) 1channel-36bp(700MB) 817,000 円 2channel-36bp 1,544,000 円 3channel-36bp 2,271,000 円 4channel-36bp 2,998,000 円 5channel-36bp 3,725,000 円 6channel-36bp 4,452,000 円 7channel-36bp 4,679,000 円 8channel(1flowcell)-36bp(5.6GB) 4,684,000 円 1channel-76bp(1.4GB) 1,917,000 円 2channel-76bp 3,744,000 円 3channel-76bp 5,571,000 円 4channel-76bp 7,398,000 円 5channel-76bp 9,225,000 円 6channel-76bp 11,052,000 円 7channel-76bp 11,679,000 円 8channel(1flowcell)-76bp(11.2GB) 11,684,000 円 (***) ライブラリー作製と Mapping は別料金である また ホームページには キャ ンペーン価格も掲載されていた ( 下記の出典参考 ) ( 以上 (4) の出典 : 6.3 株式会社ジナリス web ページに掲載されている 次世代シーケンス解析のパンフレット ( で収集した情報を以下に示す (1) 使用機種及びサービス世界最大手の受託 DNA 配列決定企業である Beckman Coulyer Genomics 者との強力な連携により Roche 社 454 Genome Sequencer FLX Titanium ABI 社 SOLiD3 Illumina 社 Genome Analyzer Ⅱx を用いた高速 DNA シーケンス解析を実施している 受託解析では次のサービスを提供している 27

32 1 全ゲノム配列解析 de novo 解析 リシーケンシング サンガーシーケンシング法との併用による高品位完全ゲノム配列決定 ハイブリッドシーケンシング戦略 2トランスクリプトーム解析 カスタム / 特殊 cdna ライブラリー構築 mrna-seq Digital Gene Expression(DGE) EST/SAGE シーケンシング プールした cdna ライブラリーまたはゲノムタグ配列の大規模並列シーケンシング 3RNA 分析 16S RNA シーケンシング small RNA シーケンシング 4SNP/ 変異解析 Fosmid または BAC ライブラリー構築 欠失 挿入 置換変異のマッピング 5メタゲノム解析 (2) 解析結果 データ解析サービスオプションとして アノテーション解析 データベース構築サービスを実施している 詳細は不明である (3) 必要なサンプル量詳細は不明である (4) 価格ホームページでは 価格が掲載されていない 価格は 問合わせることになっている 6.4 日立ソフトウェアエンジニアリング株式会社 web ページ ( 等 ) で収集した情報を以下に示す (1) 使用機種及びサービス Roche 社 454 Life Science 社 Genome Sequencer FLX Illumina 社 Genome 28

33 Analyzer Ⅱ による 高速 DNA シーケンスを実施している 受託解析例として次の内容が挙げられている SNP 解析 16S rdna のシークエンス解析 (2) 解析結果 データ解析サービス提供しているデータ解析サービスは (1) に記載した受託解析例の各々に対して 次のとおりである 1SNP 解析の場合次のレポートのほかに 結果を組込んだ Genome Viewer を返却している SNP 解析結果 (Excel もしくは Text ファイル ) 遺伝子解析結果(Excel もしくは Text ファイル ) さらに 実験結果のデータベース化 SNP 検出用のプライマー設計サービスも 希望者に提供している ( 出典 : 216S rdna のシークエンス解析の場合次の内容を返却している 配列の相同性検索結果 Taxonomy 分類結果 DNASIS Taxon( オプション ) ( 出典 : (3) 必要なサンプル量詳細は不明である (4) 価格ホームページ上には価格は掲載されていない 6.5 株式会社タカラバイオ web ページ ( &unitid=U 等 ) で収集した情報を以下に示す 29

34 (1) 使用機種及びサービス Roche 社 Genome Sequencer FLX System (GS FLX) ABI 社 SOLiD3 Illumina 社 Genome Analyzer Ⅱx(GA Ⅱx) による 高速 DNA シーケンスを実施している 提供するサービスは次のとおりである ゲノム配列解析 ( 新規ゲノム対象 ) ゲノム変異解析 DNA 濃縮技術を用いたターゲット領域の塩基配列解析 トランスジーンの挿入位置同定 BAC/Fosmid などの多クローン配列解析 small RNA の網羅的解析 cdna 配列解析 mrna の網羅的解析 クロマチン免疫沈降 (ChIP) サンプルの解析 16S rrna PCR サンプルの解析 メタゲノム解析使用するシーケンサの種類ごとの提供サービスの例も記載されている GS FLX を用いた受託解析では次のサービスを提供している 新規ゲノム (De novo) 解析 cdna 解析 各種 PCR 産物解析など SOLiD3 を用いた受託解析では次のサービスを提供している ゲノム変異解析など GA Ⅱx を用いた受託解析では次のサービスを提供している ゲノム変異解析 ChIP 解析 small RNA 解析 cdna 解析など (2) 解析結果 データ解析サービス納品物は 次のとおりであるが 詳細な納品物は依頼内容により異なるため 問い合わせること となっている シーケンスデータ一式 ( 塩基配列情報 精度情報 ) 各種アプリケーションに適したデータ解析結果提供サービスごとの解析結果を以下に示す 30

35 1ゲノム配列解析 ( 新規ゲノム対象 ) GS FLX または GAIIx を用いたドラフト塩基配列解析 精密解析 既知ゲノム変異解析 バイオインフォマティクス解析 アセンブル結果 (contig 配列 ) バイオインフォマティクス解析結果 ( 例 :IMCGE) アラインメント結果 (ace ファイル ) 2ゲノム変異解析 変異位置情報 カバー領域情報 マッピング情報 3DNA 濃縮技術を用いたターゲット領域の塩基配列解析 変異候補の抽出結果 マッピング結果 4トランスジーンの挿入位置同定 Integration site 候補リスト アラインメントファイル (UCSC ゲノムブラウザ表示 ) 5BAC/Fosmid などの多クローン配列解析 配列データ ( コンティグ配列 ) アラインメントファイル (ace 形式 ) 6small RNA の網羅的解析 読み取り配列のアノテーション結果 既知 mirna の発現量情報 7cDNA 配列解析 配列データ ( コンティグ配列 ) クラスタリング結果 (EST ビューワ ) 8mRNA の網羅的解析 ERANGE による解析結果 (Excel 形式 ) 9クロマチン免疫沈降 (ChIP) サンプルの解析 マッピング情報 リード クラスタ情報 1016S rrna PCR サンプルの解析 配列データ ( 各リードのテキストファイル ) 相同性検索結果 (BLASTN) 31

36 11 メタゲノム解析 得られた配列にアノテーションを付加することが可能 (3) 必要なサンプル量不明である (4) 価格ホームページでは 次のサービス内容についての価格 ( 参考価格 ) のみが記載されており その他のサービス詳細価格は 別途 問合わせることになっている 1ゲノム配列解析 ( 新規ゲノム対象 ) の参考価格サービス内容価格 ( 税別 ) 7Mb 相当の細菌ゲノム DNA から GS FLX を用いて175Mb 2,480,000 円程度のフラグメント解析を行う アセンブル後のコンティグ配列からバイオインフォマティクス解析で遺伝子を予測し その結果を IMCGE ソフトウェアとともに納品する ( 出典 : 2ゲノム変異解析の参考価格サービス内容価格 ( 税別 ) ゲノム配列既知の細菌ゲノムを GAⅡx を用いてフラグメント解 650,000 円析で 750Mb 相当シーケンスし アセンブルしたコンティグ配列を参照ゲノム配列と比較して変異塩基位置リストを納品する ( 出典 : 3DNA 濃縮技術を用いたターゲット領域の塩基配列解析の参考価格サービス内容価格 ( 税別 ) 供与した 1 検体のゲノム DNA から指定 exon 領域 (3MBase) を 2,510,000 円濃縮し GAⅡx を用いて 1 レーン (1,000 万リード相当 ) のシーケンス結果をターゲット配列にマッピングし SNP 候補を抽出する ( 出典 : 4トランスジーンの挿入位置同定 サービス内容 価格 ( 税別 ) レトロウイルスを用いて遺伝子導入したマウスのゲノムから 1,100,000 円 32

37 integration site の解析を行う GS FLX を用いて 1 万リードのシーケンス解析を行い マウスゲノムへのマッピング結果を UCSC ゲノムブラウザで閲覧できる形式で納品する ( 出典 : 5BAC/Fosmid などの多クローン配列解析サービス内容価格 ( 税別 ) Fosmid DNA を 10 クローン分混合した DNA 溶液からライブラ 500,000 円リーを作製し GS FLX を用いて 4Mb 相当のシーケンスを行う 得られたデータをアセンブルし コンティグ配列を納品する ( 出典 : 6small RNA の網羅的解析サービス内容価格 ( 税別 ) total RNA 2 サンプルからそれぞれ small RNA 解析用鋳型を作製 2,000,000 円し GA Ⅱx を用いて各 1,000 万リード相当の解析を行う ncrna 配列データベースに対して相同性検索を行う アノテーションが付与されなかった配列の一部については新規 mirna 候補検索を行い 解析結果を Excel または Access の表 及び二次構造図で納品する ( 出典 : 7cDNA 配列解析サービス内容価格 ( 税別 ) 供与された total RNA から 3 EST 解析用鋳型を作製し GS FLX 2,700,000 円を用いて 50 万リード相当の解析を実施する PTA(Paracel Transcript Assemble) を用いてクラスタリング アセンブルを行い 核酸およびアミノ酸配列データベースに対して相同性検索を実施し その結果を EST ビューワで納品する ( 出典 : 8mRNA の網羅的解析サービス内容価格 ( 税別 ) 提供された 2 検体の total RNA から GAⅡx を用いて 1 レーン (1 1,900,000 円万リード相当 ) の解析を実施する 得られたリードを ERANGE を用いて発現解析を行い Excel ファイルおよび UCSC ゲノムブ 33

38 ラウザ表示用のファイルで納品する ( 出典 : 9クロマチン免疫沈降 (ChIP) サンプルの解析サービス内容価格 ( 税別 ) マウス ChIP(2 検体 +コントロール ) の場合 1,800,000 円各検体およびコントロールよりそれぞれ断片化ライブラリーを構築し GAⅡを用いて各 800Mb 相当のシーケンスを行う シーケンスはマウスゲノム配列にマッピングし マッピング位置については イルミナ社製ソフト Bead Studio ChIP Sequencing モジュール v1.0 により それぞれクラスタリングし UCSC ゲノムブラウザを用いて視覚化 比較できるファイルできる形式で納品する ( 出典 : 1016S rrna PCR サンプルの解析サービス内容価格 ( 税別 ) 4 種類の環境サンプルからタグ付 PCR プライマーでそれぞれ 70,000 円別々に増幅した 400bp の産物の混合物について GS FLX を用いて 1 万リード以上のデータを得る タグ配列情報から 4 検体のデータに分類し 16rRNA 配列データベースに対して相同性検索を実施する ( 出典 : 11メタゲノム解析参考価格は不明である 6.6 株式会社 GPバイオサイエンス web ページ ( 等 ) で収集した情報を以下に示す (1) 使用機種及びサービス Illumina 社 Genome Analyzer Ⅱx を用いた高速 DNA シーケンスを実施している ただし 実験は 英国にある Geneservice 社にて実施される そのため 細菌兵器に転用可能なバクテリア等由来の核酸は輸出できない場合がある 受託解析メニューは次の 3 種類である Genome Sequence 解析 34

39 ChIP 解析 Small RNA 解析 (2) 解析結果 データ解析サービス提供しているデータ解析サービス ( オプション解析 ) は次のとおりである 1Genome Sequence 解析 GFF ファイル出力 マッピングと多型解析 ( 通常 必須 ) データベースにない新規多型の報告 アノテーション 機能解析 ( 遺伝子の機能解析 ) de novo assembly ( 出典 : 2ChIP 解析 GFF ファイル出力 ChIP 解析 ( 通常 必須 ) ターゲット領域のアノテーション モチーフ解析 ターゲット遺伝子の機能解析 ( 出典 : 3Small RNA 解析 GFF ファイル出力 タグのカウントと mirna 解析 ( 通常 必須 ) 新規 mirna の探索 ディファレンシャル解析 ターゲット遺伝子の機能解析 ( 出典 : (3) 必要なサンプル量 1Genome Sequence 解析サンプル濃度 200ng/μl サンプル量上記濃度の DNA を 40μl ( 出典 : 35

40 2ChIP 解析 免疫沈降後の DNA150ng を 450μl の超純水に溶かしたもの ( 出典 : 3Small RNA 解析サンプル total RNA(small RNA を含むこと ) サンプル濃度 1μg/μl サンプル量 15μl ( 出典 : (4) 価格ホームページ上には価格は掲載されていない 6.7 株式会社医学生物学研究所 web ページ ( 等 ) で収集した情報によれば サンプルを北海道システム サイエンス株式会社に送付することになっているため 使用機種及びサービス 解析結果 データ解析サービス 必要なサンプル量 に関する情報は 6.1 北海道システム サイエンス株式会社 を参照されたい なお 価格に関する情報は掲載されていなかった 7. まとめ 2005 年に 454 Life Science 社が 従来のサンガー法とは異なる技術を用いた高速シーケンサを製品化して以来 各社が次世代シーケンサを相次いで製品化している ライフサイエンス研究を加速する次世代シーケンサについて 文献情報や web 情報を中心として シーケンサ技術の発展史 次世代シーケンサについての基本的な特徴 今後の動向を調査するとともに 国内外における導入状況 設置状況についても可能な範囲で調査を行った また 次世代シーケンサを用いる受託解析を行う代表的な国内企業について 使用機種及びサービス 解析結果 データ解析サービス 必要なサンプル量 価格 を調査した 調査の結果 次世代シーケンサの全世界における台数について 次のことが明らかとなった 全世界における次世代シーケンスの台数は約 1500 台である メーカーの内訳は Illumina が約 50% Roche が約 30% ABI が約 20% である 36