自動化NGS文庫制備的優(yōu)勢

有價值的 NGS 數(shù)據(jù)取決于高質(zhì)量的文庫制備；而有洞察力的測序則依賴于無偏的文庫覆蓋和良好的產(chǎn)量。不幸的是，文庫制備耗時、耗力且容易出錯。面對這些挑戰(zhàn)，高質(zhì)量的文庫制備需要花費時間和金錢，但科學(xué)家很少擁有充足的時間和金錢。因此，研究人員發(fā)現(xiàn)他們雄心勃勃的目標(biāo)受到文庫制備瓶頸的限制?，F(xiàn)在，經(jīng)過十多年的優(yōu)化和改進(jìn)，實驗室自動化的發(fā)展有望緩解這一限制。自動化為 NGS 文庫制備帶來了許多好處。本章將討論三個最重要的好處：提高數(shù)據(jù)質(zhì)量、提高吞吐量和降低成本。我們將討論每個因素，著眼于可能讓自動化新手感到驚訝的方面，并強調(diào)對研究目標(biāo)影響最大的方面。

提高數(shù)據(jù)質(zhì)量：準(zhǔn)確度和精確度
準(zhǔn)確度和精確度對于在文庫制備工作流程的每個步驟中實現(xiàn)理想的結(jié)果至關(guān)重要。在所有任務(wù)中，試劑和樣品必須以精確的量進(jìn)行分裝、組合和轉(zhuǎn)移，以驅(qū)動靈敏的化學(xué)反應(yīng)并提供高質(zhì)量的結(jié)果。
大多數(shù)實驗室在 NGS 文庫制備過程中可能需要將體積降至 1 μl。在此體積下，自動化系統(tǒng)和熟練的人工技術(shù)人員的表現(xiàn)相當(dāng)，實際移液量在目標(biāo)的 5% 以內(nèi)，即 0.95-
1.05 μl，稱為變異系數(shù) (CV)。
人工技術(shù)人員和自動化系統(tǒng)在移液變異性和錯誤率方面確實有所不同，如下所述。

減少變異性和錯誤
自動化系統(tǒng)可最大限度地減少變異性并消除錯誤，而技術(shù)人員在處理復(fù)雜協(xié)議或大量樣本時可能會遇到這些方面的困難。文庫制備協(xié)議可能涉及數(shù)小時的漫長過程中的無數(shù)個單獨步驟，并且考慮到大多數(shù) NGS 實驗的規(guī)模，移液任務(wù)在整個項目中重復(fù)無數(shù)次（有關(guān)更多討論，請參閱第二章）。

不可避免的是，即使是熟練的人類技術(shù)人員也會因注意力不集中而犯下移液錯誤。通常，唯一的解決方案是重做整個程序。然而，機器人系統(tǒng)可以不知疲倦地、完美地執(zhí)行移液。每次都將正確的液體移到正確的孔中。通過消除重復(fù)運行，可以節(jié)省昂貴的試劑和寶貴的時間（有關(guān)成本節(jié)約的更多信息，請參閱下文）。此外，通過消除錯誤，自動化可以提供更可靠的庫和下游數(shù)據(jù)。

可重復(fù)性和一致性
分析需要具有可重復(fù)性和一致性，不僅要確保其結(jié)果正確，還要讓研究人員對其結(jié)果充滿信心。自動化比手動流程更好地支持分析的可重復(fù)性和一致性。影響檢測可重復(fù)性的關(guān)鍵因素之一是移液的可變性。自動化消除了實驗者技術(shù)的可變性，因為機器人每次都以相同的方式執(zhí)行每個步驟。此外，這支持更好的下游分析。

在更短的時間內(nèi)實現(xiàn)更高的吞吐量除了提高數(shù)據(jù)質(zhì)量之外，自動化還可以提高實驗室的吞吐量，更快地生成更多庫并釋放寶貴的動手時間。每個手動程序需要 3-4 小時。相比之下，自動化系統(tǒng)可以在不到 3 小時內(nèi)完成一個庫，動手時間不到 15 分鐘，而且自動化系統(tǒng)可以在下班時間工作。憑借更快的周轉(zhuǎn)時間，自動化可以縮短實驗時間并更快地提供有影響力的數(shù)據(jù)。憑借更高的吞吐量，自動化可以促進(jìn)更雄心勃勃的實驗并為實驗設(shè)計開辟新的途徑。

由于實際操作時間減少，研究人員可以將更多精力投入到實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析上，從而充分發(fā)揮其寶貴的技能。

降低成本
自動化系統(tǒng)可能需要大量的初始投資，盡管一些現(xiàn)代系統(tǒng)更便宜（請參閱第 3 章，了解有關(guān)比較自動化選項的提示）。但隨著效率和性能的提高，許多實驗室將收回其初始投資，實際上還可以節(jié)省總成本。
用高效的機器人取代繁瑣的手動移液可以從多方面降低成本。通過消除在錯誤程序后重新運行的需要，自動化可以節(jié)省浪費的樣品、試劑和消耗品。此外，通過縮短周轉(zhuǎn)時間，自動化可以節(jié)省冗長實驗的間接成本。盡管短期投資和學(xué)習(xí)曲線看似很大，但這些改進(jìn)的結(jié)果是大多數(shù)實驗室的凈節(jié)約。

估算預(yù)期投資回報率 (ROI)
實驗室的自動化投資回報率可以計算為其當(dāng)前手動工作流程成本與自動化系統(tǒng)潛在成本之間的差額。這些成本將取決于一些實驗室的具體細(xì)節(jié)，例如，特定試劑的價格或動手時間的成本。然而，對投資回報率影響最大的是實驗室的吞吐量，因為它可以放大成本和節(jié)省。為了量化成本，將樣品、試劑、耗材、勞動力和機器提煉為一個單一的指標(biāo)，即每樣品成本 (CPS) 會有所幫助。實驗室可以使用他們的 CPS 作為基線，推斷他們當(dāng)前和未來的吞吐量，并與自動化成本進(jìn)行比較。要計算您的 CPS，請將實驗室在給定時期的檢測費用加起來。接下來，加上手動程序所花費的人工時間?？梢允褂萌毊?dāng)量 (FTE) 來量化這些小時數(shù)。 FTE 為正在執(zhí)行的工作分配每小時工資。這可以是技術(shù)人員的實際工資或合理的估計。您還可以用小時數(shù)而不是美元來量化 FTE，以專注于節(jié)省時間。然后，將這些成本除以該期間運行的樣本數(shù)量。商數(shù)將是您的 CPS，以美元或美元和每個樣本的 FTE 小時為單位。

計算投資回報率的下一步是使用自動化量化您的 CPS。只需將使用新系統(tǒng)的等量樣本的試劑和 FTE 成本相加。然后添加與自動化系統(tǒng)本身相關(guān)的成本，例如購買價格（請參閱第 3 章以確保您了解有時隱藏的成本）。將此總數(shù)除以您打算運行的樣本數(shù)量，您將得到一個可比的 CPS。具有良好投資回報率的自動化系統(tǒng)將提供價格合理且運營成本最低的機器，并提供如上所述的降低成本的結(jié)果。您運行的樣本越多，這些凈節(jié)省就越大，主要是通過節(jié)省更多的動手時間和減少更多的錯誤分析浪費。