日本科学家和工程人员精心合作，研制的自动化DNA顺序分析系统，每天最高可分析108，000个碱基。

从1988年开始，日本科学和技术部（STA）发起了人类基因组分析的研究计划，又称为“基因结构研究”。为了开展这一计划的研究工作，日本科学家和工程师们希望，不仅要在阐明人类生物学和医学方面发挥他们的作用，而且还要在发展基础生物学方面作出贡献。

这一计划的研究目标包括两个方面：一是研制出一套人类基因组顺序分析的自动化快速分析系统；二是建立基因组顺序的制备技术，包括基因组文库的制备及图谱技术，以及碱基系统的数据。

12家包括大学、政府研究机构和私营公司 · 的科学家和工程师参加了这一研究计划。科学和技术部资助了60亿日元（450万美元），计划中第一方面的研究工作已有报道，第二部分由井川作了报道，文章介绍了人类基因组自动化分析系统（HUGA-I），这是日本在人类基因组顺序研究中的主要贡献。

与人类基因一样，大分子DNA核苷酸顺序的测定过程冗长而费时，还需不惜耗费我们的精力。如果这些问题能通过自动、快速及采用系统化而得到解决，这将对医学科学和生物学的发展作出重大贡献。由于科学和技术部投资的特殊协作基金——科学和技术创设基金（1981~1984）及癌研究基金（1985~1987）的资助，和田和他的科学家及工程师研究小组已经研制成功了几种自动化仪器，这些基金使得像ONA提取仪、二脱氧反应器、胶形成仪及荧光顺序仪等得以实现。

系统的建立

我们的原始模型的设计是用以加强已研制仪器的功能，并把由戴宁格（Deininger）创立的改良猎枪（Shotgun）方法的所有顺序分析过程结合起来，主要由下面的过程组成：人类DNA文库的构建、DNA片段的克隆、DNA片段的纯化、二脱氧反应、反应器中DNA注射到胶中去、顺序胶电泳以及短顺序到起始DNA顺序中的编辑号码。

如同DNA文库的构建，试验DNA（约10万个碱基）通过声处理成更小的片段（约1000个碱基），用M13噬菌体及大肠杆菌对较小DNA片段的克隆和扩增等过程均不能自动化进行，因为这些过程是不可预知的。然而，板选择及向试管中的转移是例行操作，精工仪器已用机械手把这些过程自动化。从DNA片段的纯化到DNA顺序的编辑等下游过程也已由二类机器人的使用而自动化，其一是微滴定板的转移，另一是胶合的转移。简图如P4所示。

系统的产量

如果一个系统每天能用以分析100 kb的人类DNA顺序，那么每年连续工作300天，10台这样的系统10年可以阅读30亿对碱基的人类DNA顺序。1台荧光顺序仪在4.5小时内可阅读450个碱基的样品也已制成，平板胶的容量是16个样品，这样三台顺序仪同时工作，每天5个循环，那么一天可分析108，000个碱基（450×16×3×5=108，000）。物理和化学研究所与宇宙公司合作，生产了胶制备仪（聚丙烯酰胺平板胶，0.3 mm厚）。样品机器人可在1.5小时内自动完成16个样品上样，电泳1小时，胶合由转移机器人转移到顺序仪上。

样品按下法制备：克隆到载体中去的人类DNA用声处理破碎成小片段，然后用M13噬菌体及大肠杆菌克隆，含有人类ONA片段的板由板选择器自动选择，转移到试管中培养，每天可提供240个样品，DNA片段在试管中扩增6小时，用DNA纯化系统纯化，这种纯化系统选用膜纯化方法，DNA片段、大肠杆菌及噬菌体得到相继过滤，首先通过微过滤膜，然后用超滤膜。得到的DNA片段用Tris-HCl复溶，自动打到96孔微滴定板的24个标定孔中，需2.5小时，每天至多9次。

此后，另一种转移器把微滴定板转移到二脱氧反应器（化学机器人）中，完成Sanger顺序反应，这种机器的主要功用是定量加入并配给试剂、混合、加热和冷却溶于一体。3小时内可进行24个样品的二脱氧反应，每天可重复5次。分析系统上还加了2台把DNA分子加到顺序仪上的机器。

关于软件部分

物理和化学研究所与三井知识会社合作，制成了一套顺序集合和编辑的计算机程序。在自由顺序片段的集合中。计算机把片段的上游匹配部分与重建的原初完整顺序连接起来。哪儿有模糊不清楚的地方，计算机在此顺序上留下空隙。为了增加精确性，含有原初顺序相同部分的片段可以沿不同的方向和不同的部位自动阅读。应指出的是原始顺序数据不可避免的错误，可通过重叠这些顺序而得到校正或减少。结合我们的经验，已编制了一套程序，适用于任何VAX计算机。

在这一财政年度（1991—1992），HUGA-I的工作已得到肯定，虽然任务紧迫，但其发展绝不会受到限制，HUGA-I可用于分析所有生物的遗传顺序。还须指出的是，为了做好其他方面的工作，硬件的发展必须通过方法学共同努力，这样，科学家们可以摆脱那些耗时而单调的工作，集中精力开展新的研究。

[Nature，1991年7月4日]