Jak Axelios funguje: Sequencing by Expansion (SBX) v kostce.

Na rozdíl od dnes zavedených sekvenačních technologii, jakými je např. Sequencing-by-synthesis (SBS) na systémech společnosti Illumina, které používají klonální amplifikaci fragmentů DNA na povrchu sekvenačního čipu a následné cyklické přidávání a snímání značených nukleotidů, staví Axelios na jiné filozofii:

1. Převod DNA na „Xpandomer“
   SBX nejprve přepíše informaci původní DNA do delšího syntetického polymeru nazývaného Xpandomer. Ten je tvořen speciálně navrženými a „natažitelnými“ stavebními kameny DNA, tedy nukleotidtrifosfáty (ozn. jako X-NTP), jejichž postranní skupiny slouží jako jasně rozlišitelné reportéry. Výsledný Xpandomer je více než 50× delší než původní DNA, což zvětší rozestupy mezi jednotlivými signály a zvyšuje poměr signál/šum (signal-to-noise ratio).
2. Sekvenace přes nanopóry na CMOS čipu
   Xpandomer prochází nanopóry integrovanými v CMOS čipu. Ten obsahuje přibližně 8 milionů jamek – každá s vlastním nanopórem – a umožňuje masivně paralelní měření elektrických signálů při průchodu jednotlivých bází v Xpandomeru.
3. Single-molecule princip bez klonální amplifikace
   Díky tomu, že SBX pracuje na úrovni jednotlivých molekul, není potřeba klasická klonální amplifikace DNA jako u Illuminy. Převod na Xpandomer je prováděn pomocí polymerázy, ale pouze jednou a následná detekce bází v nanopóru skutečně probíhá na úrovní jednotlivých molekul. To eliminuje některé typy chyb, které jsou spojené s PCR při přípravě vzorků nebo při klonální amplifikací DNA na sekvenačním čipu.
4. SBX-Duplex: čtení obou vláken
   V tzv. SBX-Duplex režimu jsou obě komplementární DNA vlákna „svázána“ do jednoho Xpandomeru, takže jejich sekvence lze číst v rámci jednoho čtení. Protože se báze na protilehlých vláknech navzájem doplňují, lze obě sekvenční informace přímo porovnat a z jejich shody odvodit konsenzuální sekvenci pro danou molekulu. Tím se dále snižuje chybovost a lépe se odlišují náhodné chyby (metodické artefakty) od skutečných variant.

Roche ve svých technických materiálech uvádí, že při sekvenaci standardního referenčního vzorku HG001 (NA12878) – tedy dobře charakterizovaného genomu z projektu Genome in a Bottle, který se běžně používá ke srovnávání přesnosti různých sekvenačních platforem – dosahuje technologie SBX F1 skóre přes 99,8 % pro SNV a přes 99,7 % pro indely při pokrytí nad 30×.

Rychlost a výkon: světový rekord, ale zatím hlavně v rukou Roche a vybraných partnerů.

Jednou z hlavních předností platformy Axelios je její bezprecedentní rychlost.

• SBX technologie se v roce 2025 dostala do Guinnessovy knihy rekordů za nejrychlejší techniku pro DNA sekvenování: kompletní lidský genom dokázala přečíst a analyzovat do 4 hodin.

• Podle interních studií systém osekvenuje až 7 genomových ekvivalentů se standardním pokrytím (≥ 30×) a přes 5 miliard duplex čtení za hodinu, což ukazuje velmi vysokou propustnost čipu.

Je však důležité si uvědomit, že:

• tato data pocházejí primárně od týmů Roche a z omezeného počtu „early-access“ pracovišť, včetně Broad Clinical Labs a Boston Children’s Hospital.
• Zatím chybí větší množství nezávislých, recenzovaných studií, které by potvrdily výkon v běžném rutinním provozu.

Délka čtení: Axelios cílí na oblast prodloužených krátkých čtení

Deklarovaný aplikační profil platformy Axelios je stále primárně orientovaný na krátká čtení, zároveň však umožňuje i mírně delší čtení, než je standardních 2×150 bp:

• Roche uvádí rozsah ~50 bp až >1000 bp pro SBX, přičemž delší čtení lze využít tam, kde je to výhodné. Větší délku lze dosáhnout v režimu simplex čtení, přičemž se ale obětuje kvalita, která se v tomto režimu pohybuje na úrovni Q22.
• Analýza veřejně dostupných duplex dat ukazuje, že délka většiny SBX-Duplex čtení je přibližně 200–300 Naprostá většina čtení je delší než 150 bp, zatímco nad 350 bp se dostává už jen menší část.
• Některé technické komentáře uvádějí, že „plná“ simplex čtení mohou dosahovat kolem 1000–1200 bp, což odpovídá horní hranici uváděné Roche.

Z pohledu aplikací to znamená:

• Velmi dobrý potenciál pro SNV a drobné indely, podobně jako stávající technologie založené na přístupu SBS.
• Vyšší potenciál záchytu menších strukturních variant nebo komplexnějších regionůve srovnání sklasickou délkou čtení 2×150 bp na stávajících SBS platformách.
• Zásadně kratší čtení než u sekvenačních platforem pro dlouhá čtení,např. PacBio (typicky 15–25 kb) nebo Oxford Nanopore (standard 10–100 kb, speciální aplikace i > 1Mb), které poskytují výrazně kvalitnější úroveň informací pro fázování, větší strukturní varianty a plnohodnotné transkriptomy.

Cena přístroje a neznámé náklady na spotřební materiál

Na konferenci ASHG 2025 společnost , že AXELIOS 1 bude mít katalogovou cenu přibližně 750 000 USD. To jej staví do podobné kategorie jako vysokokapacitní přístroje Illumina (NovaSeq X) nebo další „vlajkové lodě“ konkurenčních výrobců.

Klíčová otázka pro laboratorní ekonomiku ale zůstává:

• Cena za gigabázi (Gb) a
• náklady na kompletní genom (včetně spotřebního materiálu a případného servisu)

Tyto informace firma Roche zatím oficiálně nezveřejnila, pouze opakovaně uvádí, že cena spotřebního materiálu bude „velmi konkurenceschopná“ v rámci high-throughput segmentu. Detailnější ceník má být oznámen blíže ke komerčnímu uvedení v roce 2026.

Pro každou laboratoř proto bude zásadní, jak se v reálném provozu bude cenově/Gb a cenově/genom Axelios stavět vůči:

• Illumina NovaSeq X,
• novým hráčům jako Ultima Genomics, a
• případně i vůči outsourcingu WGS k akreditovaným poskytovatelům.

Kde dává Axelios klinicky největší smysl?

1. Urgentní genomická diagnostika (JIP)

Nejviditelnější oblastí je ultra-rychlé WGS u kriticky nemocných novorozenců a dětí, kde může mít každá hodina význam pro volbu léčby. Přesně tuto oblast Roche a partneři zdůrazňují v souvislosti se světovým rekordem i s kolaborací s Broad Clinical Labs – cílem je, aby trio WGS (dítě + rodiče) na jednotkách intenzivní péče mohlo být standardním nástrojem urgentní diagnostiky.

Pokud se deklarovaná rychlost a přesnost potvrdí v rutinních podmínkách, Axelios může v této oblasti skutečně změnit standard péče.

2. Onkologie a cirkulující nádorová DNA (ctDNA)

Výrazný aplikační potenciál má tato technologie také pro detekci mutací v cirkulující nádorové DNA (ctDNA) a monitoring minimální reziduální nemoci (MRD):

• Duplex princip, vysoká hloubka pokrytí a možnost integrovat genom + metylaci z jedné knihovny (SBX-Duplex Methylation, SBX-DM) teoreticky dobře sedí právě na aplikace v tekutých biopsiích.
• Metylace může výrazně zlepšit citlivost a specificitu MRD testů, protože nese informaci o tkáňovém původu a epigenetickém stavu nádoru.

Konkrétní klinické validace v této oblasti ale teprve probíhají; zatím jde spíše o technologický potenciál než hotový IVD test.

3. Aplikace, kde je kritická rychlá doba odezvy (infekce a transplantace)

Tam, kde je zásadní rychlá doba odezvy – např. rychlá identifikace patogenů u závažných infekcí, urgentní hematologické stavy nebo transplantace – může být kombinace rychlé přípravy knihovny a ultra-rychlého sekvenování výhodou. Pro tyto případy ale zatím nejsou dostupné data specificky pro platformu Axelios

4. Běžná genetická diagnostika bez časové urgence

U rutinních genetických vyšetření (např. WGS/WES u vzácných monogenních onemocnění) je klinický přínos samotného zrychlení sekvenace méně jednoznačný.

Dobu dodání výsledků dnes limitují spíše logistika a interpretace nálezů,

a pokud cena za genom nebude výrazně nižší než u etablovaných platforem,

potom může být Axelios sice technologicky atraktivní, ale ne nutně prakticky průlomový.

Multiomika a konkurence: Axelios může být silný hráč, nikoliv „one-size-fits-all“

Roche jednoznačně směřuje SBX/AXELIOS do multiomického prostoru:

• SBX-Duplex Methylation (SBX-DM) umožňuje z jedné knihovny současně získat informaci o zárodečných variantách i o metylaci DNA, a tím paralelně analýzovat genetické i epigenetické signály.
• Roche dale mluví o kombinaci SBX-SLD (DNA), SBX-SLR (RNA) a SBX-DM (metylace) pro komplexní multiomické profilování.

Je ale dobré vnímat, že konkurence také výrazně inovuje:

• Element Biosciences AVITI24 + Teton
  Jediná platforma poskytuje spatial single-cell multiomics řešení, tj. v rámci jednoho experimentu lze na týchž buňkách současně analyzovat RNA i proteiny v morfologickém kontextu tkáně. Příprava knihovny je přitom minimální, protože podstatná část workflow probíhá in situ.
• Illumina 5-Base Solution
  Nabízí pracovní postup, který ze stejného sekvenačního experimentu poskytne informaci jak o zárodečných genetických variantách, tak o přítomnosti 5-methyl cytozínů (5mC) díky nové generaci chemie pro přípravu knihovny a integrovaného analytického modulu; tedy také genom a metylace v jednom.
• PacBio a Oxford Nanopore
  Sekvenování pomocí vysoce přesných dlouhých čtení (v řádech desítek kb) umožňuje  současně analyzovat SNV, indely, strukturní varianty, repetice, metylace a haplotypy z jediného sekvenačního experimentu. Pro strukturní varianty, komplexní genomy, ale i transkriptomi s rozlišením alternativních RNA isoforem představují nejvhodnější typy sekvenačních platforem.

Závěr

Axelios se prozatím profiluje jako platforma vhodná pro ultra-rychlé, vysoce přesné WGS/WES a cfDNA aplikace a z pohledu klinických aplikací si pravděpodobně najde své místo tam, kde čas hraje klíčovou roli.

Není ale univerzálním řešením – pro komplexní strukturní varianty, RNA isoformy nebo detailní multiomiku na úrovni jednotlivých buněk bude nadále potřeba kombinace s jinými technologiemi (PacBio, ONT, multiomické platformy s prostorovým rozlišením).