HỆ THỐNG GIẢI TRÌNH TỰ PGM
Model: Ion Personal Genome Machine® (PGM™) System
Hãng sản xuất: Ion Torrent – Life Technologies
Nước sản xuất: Mỹ - Singapore
Máy giải trình tự Personal Genome Machine (PGM) là thiết bị giải trình tự sử dụng công nghệ thế hệ mới là công nghệ bán dẫn. Hệ thống PGM sử dụng chip bán dẫn đếm proton, không phải photon. Ion chip bán dẫn sử dụng rất nhiều mạng đầu dò bán dẫn song song để thực hiện việc đo trực tiếp theo thời gian thực lượng ion H+ (proton) trong suốt quá trình nhân lên tự nhiên của DNA. Mật độ các giếng trên chip bán dẫn cho phép hàng triệu phản ứng diễn ra độc lập  trong khi dòng chất lỏng tích hợp cho phép các hóa chất chảy trên mạng bán dẫn. Sự kết hộp độc đáo giữa fluidic, mimcromachining và công nghệ bán dẫn cho phép chuyển trực tiếp thông tin di truyền (DNA) thành thông tin kỹ thuật số (trình tự DNA) một các nhanh chóng với phần lớn thông tin có chất lượng cao. Công nghệ tiên tiến này cho phép giải trình tự nhanh chóng và khả năng mở rộng một loạt các ứng dụng khác.
Máy giải trình tự Ion PGM cho kết quả nhanh nhất trong các máy giải trình tự thế hệ mới hiện nay, đưa ra quy trình làm việc từ bước có DNA tinh sạch đến bước đọc kết quả cuối cùng chỉ trong khoảng  8 giờ cho hầu hết các ứng dụng.
Hệ thống AB Library Builder và Ion OneTouch hỗ trợ máy giải trình tự Ion PGM, cho phép đơn giản hóa và tự động hóa việc chuẩn bị các thư viện các đoạn và chuẩn bị mẫu, hơn nữa còn làm thiết bị dễ sử dụng hơn.
Giải pháp phần mềm, từ cả Ion Torrent và các nhà cung cấp khác, cho phép việc phân tích dữ liệu được đơn giản và hiệu quả hơn.
Việc thiết kế mô đun của hệ thống Ion PGM nghĩa là việc chuẩn bị thư viện, chuẩn bị mẫu và giải trình tự tất cả có thể thực hiện song song. Thời gian chạy ngắn, kết hợp với khả năng chuẩn bị thư viện và mẫu tiến bộ, cho phép người dùng có thể tối đa hóa số lần chạy giải trình tự trên máy Ion PGM lên đến 15 lần chạy mỗi ngày làm việc, phụ thuộc vào độ dài đoạn chạy và chip sử dụng.
Hệ thống Ion PGM hỗ trợ 1 dải công suất đầu ra thông qua 3 loại chip bán dẫn (314, 316, 318)
Giúp người sử dụng lựa chọn phù hợp với ứng dụng của phòng thí nghiệm.
Lượng mẫu ban đầu cực kỳ ít, rất phù hợp với những mẫu quý hiếm
-         Chỉ cần 10ng FFPE DNA hoặc gDNA với Ion AmpliSeqT Cancer Panel
-         50-500 ng DNA cho giải trình tự DNA bộ gene
-         Chỉ 200 ng RNA tổng số cho giải trình tự tất cả các đoạn RNA phiên mã
-         Chỉ 5 ng RNA làm nền cho giải trình tự các RNA mô
Công nghệ giải trình tự bằng chip bán dẫn dựa trên việc đo ion H+. Bằng việc loại bỏ sự cần thiết của việc thay đổi các nucleiotide hoặc gắn reporter huỳnh quang / hóa học và sự cần thiết của các hệ quang học và camera đắt đỏ và phức tạp, máy giải trình tự Ion PGM là một hệ thống mạnh mẽ và có chi phí phù hợp.
Kết hợp nhiều sức mạnh trong một kích thước nhỏ gọn, Ion PGM cung cấp một hệ thống  được sắp đặt hợp lý. Việc cài đặt, đánh giá và điều khiển dễ dàng, cho phép người dùng bỏ máy ra khỏi hộp đóng gói một cách nhanh nhất để bắt đầu chạy giải trình tự. Sự đơn giản tự nhiên của công nghệ bán dẫn đem lại một hệ thống  mạnh mẽ tự nhiên so với công nghệ chu trình nhiệt lâu đời.
Ngoài ra, Ion PGM không tạo ra bất kỳ 1 chất thải hữu cơ nào. Chỉ một lượng nhỏ các hóa chất hữu cơ được sử dụng trong quá trình chuẩn bị mẫu của cả quy trình giải trình tự.
Phản ứng giải trình tự trên Ion PGM có thể được theo dõi thông qua kết nối với thiết bị cố định hoặc di động
Máy Ion PGM được kiểm soát thông qua màn hình cảm ứng của máy và phần mềm cung cấp giao diện trực quan giúp cài đặt, bắt đầu và theo dõi quá trình chạy đơn giản.
Dữ liệu đầu ra dạng tiêu chuẩn FASTQ đã được tiêu chuẩn hóa cho các phân tích tiếp theo và dùng để hiển thị thông tin bằng phần mểm của các hãng tin sinh học, như Partek.
Phân tích kết quả chỉ trong vài phút, không phải hàng giờ. Hệ thống hoàn chỉnh cho phép phân tích cả sơ cấp và thứ cấp: máy Ion PGM kết hợp với Torrent Server/Torrent Suite mang lại một giải pháp toàn diện duy nhất cho các nhà nghiên cứu, cung cấp dữ liệu bộ gene sau khi phân tích sơ cấp và thứ cấp.
Ion bán dẫn cung cấp sự linh hoạt cao cho các dự án và các mức chi phí khác nhau. Khả năng chạy đồng thời lên đến 32 mẫu trên các kit có sẵn (hoặc nhiều hơn 384 mẫu khi sử dụng mã vạch) làm tăng khả năng linh hoạt của hệ thống hơn nữa.
Công nghệ này hỗ trợ đọc chiều dài đoạn từ 35 đến 400 base, các quy trình (protocol) đã có sẵn cho single-end sequencing (SES), paired-end sequencing (PES) và mate-pair sequencing (MPS)
Dòng nucleotide chảy qua một cách tuần tự cho phép linh động chiều dài đoạn đọc trong mỗi lần chạy.
Giải trình tự các đoạn khuếch đại với chiều dài khác nhau mở rộng lên đến hàng trăm đến hàng ngàn cặp base
Giải trình tự bộ gene virus và vi khuẩn cực nhanh. Ví dụ: E.coli O104 đã được quan sát trong thực phẩm.
Ứng dụng:
Có khả năng giải trình tự toàn bộ gene vi sinh vật gây bệnh đã biết và vi sinh vật gây bệnh mới.
Có khả năng giải trình tự vùng gene vi sinh vật đã biết
Có khả năng giải trình tự vùng gene bám protein đặc hiệu (ChiIP-Seq)
Có khả năng phát hiện rõ ràng các đột biến điểm
Có khả năng giải trình tự RNA thông tin trong nghiên cứu biểu hiện gene vi sinh vật
Có khả năng giải trình tự RNA nhỏ tron nghiên cứu điều hòa biểu hiện gene
Có khả năng giải trình tự 16S rRNA trong phân tích metagenomics quần xã vi khuẩn, nấm
Có khả năng áp dụng để xác định huyết thống, khoa học hình sự và phát hiện ung thư sớm.
Giải trình tự ty thể
Giải trình tự có  mục tiêu để xác định đột biến tế bào sinh dưỡng (giải trình tự sâu) hoặc tế bào mô phôi, nhưng không giới hạn, bằng các biện pháp như:
-  Sure Select custom enrichment của hãng Agilent
-  Halo genomic custom enrichment
-  Ion TargetSeq custom enrichment của hãng Life Technologies
Quy trình của Paired-read sequencing: đọc trình tự từ 2 đầu của các đoạn lớn cho phép sắp xếp trình tự hiệu quả hơn và đọc chính xác hơn.
Quy trình Long Mate Pair: đọc trình tự đoạn cuối của đoạn 1-10kb để lập bản đồ và xác định sự thay đổi cấu trúc hiệu quả hơn
Giải trình tự các đoạn phiên mã ít phức hợp
Giải trình tự xác định sự methyl hóa
Phát hiện và định lượng số bản sao của đột biến (CNV’s)
Đánh giá trực quan kết quả giải trình tự của cả bộ gene / tất cả các đoạn mã hóa từ máy giải trình tự thế hệ mới khác.
Chẩn đoán trước sinh Aneuploidy
Nhiều ứng dụng khác vẫn đang đươc phát triển
Yêu cầu đặt tính kỹ thuật
Sử dụng công nghệ bán dẫn (Semiconductor): nucleotides chảy liên tục qua một con chip bán dẫn Ion, khi có sự bắt cặp sẽ phóng thích hydro và được phát hiện bởi một lớp cảm ứng trong mỗi giếng, sau đó là tín hiệu hóa học được chuyển đổi thành tín hiệu kỹ thuật số được đọc bởi chip.
Quá trình giải trình tự được tiến hành trên chip bán dẫn, giúp cho việc sử dụng và thao tác dễ dàng, tiện lợi.
Có 3 loại chip 314, 316, 318 với dung lượng 60 – 100Mb, 600Mb – 1 Gb, 1.2 – 2 Gb phù hợp với từng ứng dụng khác nhau.
Các bước tạo thư viện, khuếch đại mẫu, giải trình tự và phân tích kết quả được thực hiện trên các máy riêng biệt để giảm rủi ro trong quá trình thao tác và kiểm soát chặt chẽ quá trình chạy mẫu.
Có khả năng giải trình tự 1 chiều tích hợp với chiều dài của đoạn gene là 200 – 400 bp.
Dữ liệu chạy: 4 – 5.5 triệu đoãn chạy DNA (chiều dài mỗi đoạn là 400 base)
Công suất giải trình tự trong khoảng 7.3 giờ của phép chạy giải trình tự đoạn 400 base: khoảng 1.2 – 2 Gb; trong khoảng 29.2 giờ: khoảng 4.8 – 8 Gb.
Chất lượng dữ liệu base (Quality score) > Q30 (độ chính xác 99.9%).
Lượng dữ liệu (số base) có chất lượng > Q17, Q20, Q47 (có độ chính xác thô > 98%, 99%, 99.999%)
Thời gian cho ra kết quả giải trình tự từ mẫu DNA đầu vào tinh sạch: 8 giờ.
Thời gian thao tác mẫu (bao gồm bước tạo thư viện và cài đặt cho máy) ngắn: 80 phút.
Sử dụng đầu đọc sensor kết hợp chip bán dẫn sử dụng công nghệ CMOS, tín hiệu hóa học được chuyển đổi thành tín hiệu kỹ thuật số.
Có chức năng kiểm tra tự động bằng barcode, giúp quản lý thông tin của chip.
Lượng hóa chất đủ dùng cho giải trình tự tối thiểu 2 lần 400 nucleotide.
Giao diện bằng màn hình cảm ứng dễ dàng thao tác.
Có phần mềm phân tích kết quả, cho phép phân tích kết quả đột biến trong vòng 0.5 giờ.
Hệ thống có sẵn một số kit sau cho chuẩn bị mẫu:
-  Kit dùng cho giải trình tự sản phẩm khuếch đại đa phức: có thể đạt đến 16 mẫu với 328 gene liên quan đến 700 bệnh di truyền
-  Ngoài ra, hãng Ion Torrent còn cung cấp các kit về ung thư, tầm soát ung thư (với 16000 primer để khảo sát trên 400 gene nhằm tầm soát ung thư dễ dàng
Cung cấp bao gồm:
1. Ion Personal Genome Machine (PGM) Sequencer
2. Phần mềm điều khiển thiết bị có bản quyền và phần mềm phân tích và xử lý số liệu (có bản quyền): Ion PGM Torrent Server và Torrent Suite Software
-  Bộ vi xử lý: bộ vi xử lý 6 lõi
-  RAM: 24GB
-  Khả năng lưu trữ: bốn ổ 2TB trong RAID 5, trong đó có thể sử dụng 4 TB
-  Mạng: cổng Quad gigabit NIC
-  Đơn vị xử lý đồ họa: GPU NVIDIA
-  Khung máy: máy tính để bàn Dell
3. Ion PGM OneTouch System
Để chuẩn bị mẫu trên các chip Ion chạy trên Ion PGM, hãng Life Technologies mang đến hệ thống Ion OneTouch tạo dòng và làm giàu mẫu hoàn toàn tự động, cho kết quả nhanh và độ lặp lại cao cùng các kit chuẩn bị mẫu dễ dàng thao tác.
Ion OneTouch là hệ thống hoàn toàn không cần PCR thủ công kiểu nhũ tương (ePCR).
Tự động cao: chỉ cần tối thiểu sự can thiệp của người dùng (chỉ cần vài phút thao tác bằng tay)
Ion OneTouch kết hợp các kit chuẩn bị mẫu Ion OneTouch Template cho phép tạo ra mẫu khuếch đại đơn dòng trên Ion Spheres Particles.
Công suất khuếch đại:  mỗi người dùng có thể khuếch đại 2 mẫu hoặc hơn trong 1 ngày làm việc khi dùng Ion OneTouch
Kit để chuẩn bị thư viện: Ion Xpresss Plus Fragment Library là 1 phương pháp tách đoạn nhanh và có độ đồng đều cao hơn cho việc chuẩn bị thư viện bộ gene và vùng khuếch đại.
Thư viện DNA của bộ gene có thể được chuẩn bị tổng cộng trong vòng 2 giờ bởi 1 nhân viên làm việc toàn thời gian cho ra đoạn đọc 100 – 400 bp
Việc tách các đoạn bằng enzyme sẽ không cần phương pháp vật lý và có thể tương thích với thiết bị tự động (máy Library Builder)
Sản phẩm thu được có độ đồng đều cao >99% với lượng DNA ban đầu thấp (50 – 100ng)
Tạo ra thư viện mà không cần khuếch đại từ 100ng DNA ban đầu.