自動(dòng)化NGS文庫制備的優(yōu)勢(shì)

有價(jià)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(cè)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(shí)、耗力且容易出錯(cuò)。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，高質(zhì)量的文庫制備需要花費(fèi)時(shí)間和金錢，但科學(xué)家很少擁有充足的時(shí)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(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的發(fā)展有望緩解這一限制。自動(dòng)化為 NGS 文庫制備帶來了許多好處。本章將討論三個(gè)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(gè)因素，著眼于可能讓自動(dòng)化新手感到驚訝的方面，并強(qiáng)調(diào)對(duì)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(duì)于在文庫制備工作流程的每個(gè)步驟中實(shí)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(dòng)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(shí)驗(yàn)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(dòng)化系統(tǒng)和熟練的人工技術(shù)人員的表現(xiàn)相當(dāng)，實(shí)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(dòng)化系統(tǒng)在移液變異性和錯(cuò)誤率方面確實(shí)有所不同，如下所述。

減少變異性和錯(cuò)誤
自動(dòng)化系統(tǒng)可最大限度地減少變異性并消除錯(cuò)誤，而技術(shù)人員在處理復(fù)雜協(xié)議或大量樣本時(shí)可能會(huì)遇到這些方面的困難。文庫制備協(xié)議可能涉及數(shù)小時(shí)的漫長(zhǎng)過程中的無數(shù)個(gè)單獨(dú)步驟，并且考慮到大多數(shù) NGS 實(shí)驗(yàn)的規(guī)模，移液任務(wù)在整個(gè)項(xiàng)目中重復(fù)無數(shù)次（有關(guān)更多討論，請(qǐng)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(huì)因注意力不集中而犯下移液錯(cuò)誤。通常，唯一的解決方案是重做整個(gè)程序。然而，機(jī)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(yùn)行，可以節(jié)省昂貴的試劑和寶貴的時(shí)間（有關(guān)成本節(jié)約的更多信息，請(qǐng)參閱下文）。此外，通過消除錯(cuò)誤，自動(dòng)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(duì)其結(jié)果充滿信心。自動(dòng)化比手動(dòng)流程更好地支持分析的可重復(fù)性和一致性。影響檢測(cè)可重復(fù)性的關(guān)鍵因素之一是移液的可變性。自動(dòng)化消除了實(shí)驗(yàn)者技術(shù)的可變性，因?yàn)闄C(jī)器人每次都以相同的方式執(zhí)行每個(gè)步驟。此外，這支持更好的下游分析。

在更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的吞吐量除了提高數(shù)據(jù)質(zhì)量之外，自動(dòng)化還可以提高實(shí)驗(yàn)室的吞吐量，更快地生成更多庫并釋放寶貴的動(dòng)手時(shí)間。每個(gè)手動(dòng)程序需要 3-4 小時(shí)。相比之下，自動(dòng)化系統(tǒng)可以在不到 3 小時(shí)內(nèi)完成一個(gè)庫，動(dòng)手時(shí)間不到 15 分鐘，而且自動(dòng)化系統(tǒng)可以在下班時(shí)間工作。憑借更快的周轉(zhuǎn)時(shí)間，自動(dòng)化可以縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)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(dòng)化可以促進(jìn)更雄心勃勃的實(shí)驗(yàn)并為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開辟新的途徑。

由于實(shí)際操作時(shí)間減少，研究人員可以將更多精力投入到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(dòng)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(qǐng)參閱第 3 章，了解有關(guān)比較自動(dòng)化選項(xiàng)的提示）。但隨著效率和性能的提高，許多實(shí)驗(yàn)室將收回其初始投資，實(shí)際上還可以節(jié)省總成本。
用高效的機(jī)器人取代繁瑣的手動(dòng)移液可以從多方面降低成本。通過消除在錯(cuò)誤程序后重新運(yùn)行的需要，自動(dòng)化可以節(jié)省浪費(fèi)的樣品、試劑和消耗品。此外，通過縮短周轉(zhuǎn)時(shí)間，自動(dòng)化可以節(jié)省冗長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的凈節(jié)約。

估算預(yù)期投資回報(bào)率 (ROI)
實(shí)驗(yàn)室的自動(dòng)化投資回報(bào)率可以計(jì)算為其當(dāng)前手動(dòng)工作流程成本與自動(dòng)化系統(tǒng)潛在成本之間的差額。這些成本將取決于一些實(shí)驗(yàn)室的具體細(xì)節(jié)，例如，特定試劑的價(jià)格或動(dòng)手時(shí)間的成本。然而，對(duì)投資回報(bào)率影響最大的是實(shí)驗(yàn)室的吞吐量，因?yàn)樗梢苑糯蟪杀竞凸?jié)省。為了量化成本，將樣品、試劑、耗材、勞動(dòng)力和機(jī)器提煉為一個(gè)單一的指標(biāo)，即每樣品成本 (CPS) 會(huì)有所幫助。實(shí)驗(yàn)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(dòng)化成本進(jìn)行比較。要計(jì)算您的 CPS，請(qǐng)將實(shí)驗(yàn)室在給定時(shí)期的檢測(cè)費(fèi)用加起來。接下來，加上手動(dòng)程序所花費(fèi)的人工時(shí)間?？梢允褂萌毊?dāng)量 (FTE) 來量化這些小時(shí)數(shù)。 FTE 為正在執(zhí)行的工作分配每小時(shí)工資。這可以是技術(shù)人員的實(shí)際工資或合理的估計(jì)。您還可以用小時(shí)數(shù)而不是美元來量化 FTE，以專注于節(jié)省時(shí)間。然后，將這些成本除以該期間運(yùn)行的樣本數(shù)量。商數(shù)將是您的 CPS，以美元或美元和每個(gè)樣本的 FTE 小時(shí)為單位。

計(jì)算投資回報(bào)率的下一步是使用自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)本身相關(guān)的成本，例如購買價(jià)格（請(qǐng)參閱第 3 章以確保您了解有時(shí)隱藏的成本）。將此總數(shù)除以您打算運(yùn)行的樣本數(shù)量，您將得到一個(gè)可比的 CPS。具有良好投資回報(bào)率的自動(dòng)化系統(tǒng)將提供價(jià)格合理且運(yùn)營(yíng)成本最低的機(jī)器，并提供如上所述的降低成本的結(jié)果。您運(yùn)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(dòng)手時(shí)間和減少更多的錯(cuò)誤分析浪費(fèi)。