在使用终止化学物质的测序中建立分阶段效应模型的方法和系统技术方案

一种用于核酸测序的方法，其包括从接收并且在终止合成测序过程中处理样品核酸的测序仪器接收观测到或测量到的核酸测序数据。所述方法还包括针对所述观测到或测量到的核酸测序数据，通过测定候选序列的预测信号，使用模拟框架来产生一组碱基候选序列。所述模拟框架并入估算推进率(CFR)、估算不完全延伸率(IER)、估算下降率(DR)、估算再活化分子率(RMR)以及估算终止失败率(TFR)，所述RMR大于或等于零并且所述TFR小于一。所述方法还包括从所述组碱基候选序列鉴别出一个候选序列，其在对应于所述样品核酸的序列时，使得求解函数最佳化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2013年10月4日提交的美国临时申请第61/886,878号的优先权，所述申请以全文引用的方式并入本文中。
本申请大体上涉及用于核酸测序的方法、系统以及计算机可读媒体，并且更确切地说，涉及用于在核酸测序中建立分阶段效应模型的方法、系统以及计算机可读媒体。
技术介绍
测定核酸分子中的核苷酸顺序的核酸测序在广泛多种医学应用，如生物研究、基因测试等中变得无处不在。此类应用中所利用的一种类型测序是合成测序，其中通过合成对应链来测定核酸链中的核苷酸顺序。虽然合成测序是许多当前平台中采用的高产量方法，但仍存在与其使用相关的若干缺点。举例来说，合成测序平台产生大量测序数据，其必须随后经处理以测定给定核酸链中的核苷酸的顺序。此外，经由这些方法获得的测序数据可能包括多种误差，如阶段同步损失(即，相同模板的同步合成损失)，其妨碍作出精确碱基判读的能力。因此，需要解决这些问题并且能够经由合成测序平台更精确和有效地操作大量所获得的测序数据的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的示例性实施例可以解决上文所提到的问题中的一个或多个和/或可以展现上文所提到的所需特征中的一个或多个。其它特征和/或优势可以从以下描述变得显而易见。根据至少一个示例性实施例，用于核酸测序的方法包括从经配置以接收样品核酸并且在终止合成测序过程中处理样品核酸的测序仪器接收观测到或测量到的核酸测序数据。所述方法还包括针对观测到或测量到的核酸测序数据，通过测定候选序列的预测信号，使用用于模拟在第N个核苷酸流期间第K个碱基处存在的活性和非活性分子的可能的状态转换的模拟框架，产生一组碱基候选序列，其中K和N分别指示与碱基和核苷酸流相关的指数。用于模拟可能的状态转换的模拟框架并入估算推进率(CFR)、估算不完全延伸率(IER)、估算下降率(DR)、估算再活化分子率(RMR)以及估算终止失败率(TFR)，RMR大于或等于零并且TFR小于一。所述方法进一步包括从所述组碱基候选序列鉴别出一个候选序列，其在对应于所述样品核酸的序列时，使得求解函数最佳化。根据至少一个示例性实施例，核酸测序系统包括测序仪器，其经配置以接收样品核酸、具有收端基团的至少一个核苷酸、引子以及聚合酶，并且在终止合成测序过程中处理样品核酸以产生原始核酸测序数据。处理器经配置以接收原始核酸测序数据并且针对样品核酸，通过测定候选序列的预测信号，使用用于模拟在第N个核苷酸流期间第K个碱基处存在的活性和非活性分子的可能的状态转换的模拟框架，产生一组碱基候选序列，其中K和N分别指示与碱基和核苷酸流相关的指数。用于模拟可能的状态转换的模拟框架并入估算推进率(CFR)、估算不完全延伸率(IER)、估算下降率(DR)、估算再活化分子率(RMR)以及估算终止失败率(TFR)，RMR值大于或等于零并且TFR值小于一。根据至少一个示例性实施例，设备包括机器可读存储器和经配置以执行机器可读指令的处理器，所述指令在被执行时使得设备从经配置以接收样品核酸并且在终止合成测序过程中处理样品核酸的测序仪器接收观测到或测量到的核酸测序数据；并且针对观测到或测量到的核酸测序数据，通过测定候选序列的预测信号，使用用于模拟在第N个核苷酸流期间第K个碱基处存在的活性和非活性分子的可能的状态转换的模拟框架，产生一组碱基候选序列，其中K和N分别指示与碱基和核苷酸流相关的指数。用于模拟可能的状态转换的模拟框架并入估算推进率(CFR)、估算不完全延伸率(IER)、估算下降率(DR)、估算再活化分子率(RMR)以及估算终止失败率(TFR)，其中RMR大于或等于零并且TFR小于一。在以下描述内容中将部分阐述本专利技术的额外目标、特征和/或优点，并且其将部分从所述描述内容显而易见，或可以通过实践本专利技术和/或权利要求习得。这些目标和优点中的至少一些可以通过在所附权利要求书中特别指出的元素和组合来实现并且获得。应理解，前述一般描述和以下详细描述都仅仅是示例性和解释性的，并且不限制权利要求；实际上权利要求应被授予其完全宽度范围，包括等效物。附图说明可以单独或与随附图式一起从以下详细描述理解本专利技术。包括图式以提供对本发明的进一步理解，并且并入在本说明书中并且构成在本说明书的一部分。图式说明本教示内容的一个或多个示例性实施例并且与描述一起用以解释某些原则和操作。图1是说明根据本专利技术的实施例的合成测序系统的示意图。图2是说明根据本专利技术的实施例的用于鉴别核酸序列的方法的流程图。图3是根据本专利技术的实施例的用于计算预测电离图的模拟框架的示意性图示。图4说明根据本专利技术的实施例的图3的模拟框架内的示例性单元以及可能的状态和状态转换。图5说明根据本专利技术的另一个实施例的图3的模拟框架内的示例性单元以及可能的状态和状态转换。图6说明根据本专利技术的实施例的用于计算预测电离图的模拟框架的简化示意性图示；图7说明根据本专利技术的实施例的图6的模拟框架内的示例性单元以及可能的状态和状态转换。图8说明根据本专利技术的实施例的用于计算预测电离图的模拟框架的简化示意性图示。图9说明根据本专利技术的实施例的图8的模拟框架内的示例性单元以及可能的状态和状态转换。图10A-10D说明根据本专利技术的实施例的针对低噪音电平的标准分阶段和终止子分阶段的模拟比较。图11A-11D说明根据本专利技术的实施例的针对中等噪声水平的标准分阶段和终止子分阶段的模拟比较。图12A-12D说明根据本专利技术的实施例的针对高噪声水平的标准分阶段和终止子分阶段的模拟比较。图13A-13H说明模拟根据本专利技术的实施例的终止化学物质合成测序过程中0.5％的不完全延伸率的结果。图14A-14H说明根据本专利技术的实施例的终止化学物质合成测序过程中1.5％的不完全延伸率的模拟结果。图15A-15H说明根据本专利技术的实施例的终止化学物质合成测序过程中2.5％的不完全延伸率的模拟结果。图16A-16H说明根据本专利技术的实施例的终止化学物质合成测序过程中3.5％的不完全延伸率的模拟结果。图17A-17H说明根据本专利技术的实施例的终止化学物质合成测序过程中4.5％的不完全延伸率的模拟结果。具体实施方式说明示例性实施例的本实施方式和随附图式不应视为限制性的。可以在不脱离本描述和权利要求(包括等效物)的范围的情况下做出各种机械、组成、结构、电气以及操作改变。在一些情况下，未显示或详细描述熟知结构和技术以免混淆本专利技术。两个或更多个图中的相同编号表示相同或类似元件。此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于核酸测序的方法，其包含：从经配置以接收样品核酸并且在终止合成测序过程中处理所述样品核酸的测序仪器接收观测到或测量到的核酸测序数据；针对所述观测到或测量到的核酸测序数据，通过测定候选序列的预测信号，使用用于模拟在第N个核苷酸流期间第K个碱基处存在的活性和非活性分子的可能的状态转换的模拟框架，产生一组碱基候选序列，其中K和N分别指示与碱基和核苷酸流相关的指数，其中用于模拟所述可能的状态转换的所述模拟框架并入估算推进率(CFR)、估算不完全延伸率(IER)、估算下降率(DR)、估算再活化分子率(RMR)以及估算终止失败率(TFR)，所述RMR大于或等于零并且所述TFR小于一；以及从所述组碱基候选序列鉴别出一个候选序列，其在对应于所述样品核酸的序列时，使得求解函数最佳化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.04 US 61/886,8781.一种用于核酸测序的方法，其包含：
从经配置以接收样品核酸并且在终止合成测序过程中处理所述样品核酸的测序仪器
接收观测到或测量到的核酸测序数据；
针对所述观测到或测量到的核酸测序数据，通过测定候选序列的预测信号，使用用于
模拟在第N个核苷酸流期间第K个碱基处存在的活性和非活性分子的可能的状态转换的模
拟框架，产生一组碱基候选序列，其中K和N分别指示与碱基和核苷酸流相关的指数，其中用
于模拟所述可能的状态转换的所述模拟框架并入估算推进率(CFR)、估算不完全延伸率
(IER)、估算下降率(DR)、估算再活化分子率(RMR)以及估算终止失败率(TFR)，所述RMR大于
或等于零并且所述TFR小于一；以及
从所述组碱基候选序列鉴别出一个候选序列，其在对应于所述样品核酸的序列时，使
得求解函数最佳化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述模拟框架包含通过建立以下模型模拟所述第K
个碱基匹配所述第N个核苷酸流的情形的可能的状态转换：(i)使用第一组状态转变因数将
保留活性或变得活性并且不会在流N中并入碱基K的分子的比例和(ii)使用第二组状态转
变因数将保留活性并且在流N中并入碱基K的分子的比例。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述第一组状态转变因数包含状态转变因数[1-TFR]、状态转变因数[TFR]、状态转变
因数[RMR]以及状态转变因数[(IER×(1-DR))]；以及
所述第二组状态转变因数包含状态转变因数[TFR]、状态转变因数[RMR]以及状态转变
因数[(1-IER)×(1-DR)]。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述模拟框架包含通过建立以下模型模拟所述第K
个碱基不匹配所述第N个核苷酸流的情形的可能的状态转换：(i)使用第一组状态转变因数
将保留活性或变得活性并且不会在流N中并入碱基K的分子的比例和(ii)使用第二组状态
转变因数将保留活性并且在流N中并入碱基K的分子的比例。
5.根据权利要求4所述的方法，其中：
所述第一组状态转变因数包含状态转变因数[1-TFR]、状态转变因数[TFR]、状态转变
因数[RMR]以及状态转变因数[(1-CFRM)+(CFRM×IER×(1-DR))]；以及
所述第二组状态转变因数包含状态转变因数[TFR]、状态转变因数[RMR]以及状态转变
因数[CFRM×(1-IER)×(1-DR)]，其中M是最小数目以使得第(N-M)流匹配所述第K个碱基。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述终止合成测序过程包含利用可逆终止子的可
逆终止测序以沿着所述样品核酸可逆地终止引子延伸。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述可逆终止子包含3′-O-封端可逆终止子，其具
有连接到所述可逆终止子的戊糖的3′羟基的封端基团的氧原子。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述可逆终止子包含3′-未封端可逆终止子，其具
有未封端3′羟基和连接到碱基的可逆收端基团。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述终止合成测序过程包含利用不可逆终止子的
不可逆终止测序以沿着所述样品核酸可逆地终止引子延伸，并且用于模拟所述可能的状态
转换的所述模拟框架进一步并入估算的失活分子率(IMR)。
10.一种核酸测序系统，其包含：
测序仪器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·科勒，M·西科拉，P·范德霍恩，
申请(专利权)人：生命科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US