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Gensequenzierung entschlüsseln: Wie erzeugt die NGS-Technologie Milliarden von Sequenzen in einem einzigen Durchlauf?
Mit der rasanten Entwicklung der Genomik ist die Next-Generation-Sequencing-Technologie (NGS) zu einem äußerst wichtigen Instrument geworden. Seit seiner Kommerzialisierung im Jahr 2005 hat NGS die Art und Weise verändert, wie die wissenschaftliche Gemeinschaft das Genom untersucht. Der Schlüssel zu dieser Technologie liegt in der Fähigkeit, Milliarden von DNA-Sequenzen in einem einzigen Durchgang zu erzeugen, wodurch die Effizienz und Kosteneffizienz der Gensequenzierung erheblich verbessert wird.
Massive parallele Sequenzierung oder Next-Generation-Sequencing (NGS) bezieht sich auf verschiedene Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierungstechnologien, die das Konzept der parallelen Verarbeitung im großen Maßstab zur Analyse von DNA-Sequenzen verwenden.
Der Betriebsprozess der NGS-Technologie ist im Wesentlichen in mehrere Schritte unterteilt: Zunächst werden DNA-Fragmente aus verschiedenen Quellen mithilfe der PCR-Methode zu Sequenzierungsbibliotheken verarbeitet. Anschließend wird die Sequenz durch Synthese bestimmt, die sich grundlegend von der traditionellen Kettenreaktion unterscheidet. Beendigungsmethode. Der Unterschied. In NGS-Systemen werden DBA-Vorlagen in der Durchflusszelle räumlich getrennt und gleichzeitig parallel sequenziert. Diese Architektur ermöglicht die Generierung von Hunderten bis Tausenden von Gigabasen an Sequenzen in einem einzigen Durchlauf.
Diese Technologie reduziert nicht nur die Kosten für die Sequenzierung jedes Genoms erheblich, sondern verändert auch den Ansatz der Genomsequenzierung in den biomedizinischen Wissenschaften.
Mit der rasanten Entwicklung der Sequenzierungstechnologie der nächsten Generation sind viele verschiedene Plattformen auf dem Markt erschienen, jede mit ihren eigenen einzigartigen technischen Spezifikationen und Anwendungen. Angesichts der schnellen Änderungen bei NGS-Plattformen werden die Laufzeiten dieser Technologien und die Ausgabe pro Lauf ständig angepasst.
In Bezug auf die Vorlagenvorbereitung kann NGS mit zwei Methoden durchgeführt werden: Eine ist die amplifizierte einzelne DNA-Molekülvorlage und die andere ist die direkte Verwendung einer einzelnen DNA-Molekülvorlage. Unter ihnen sind Latex-PCR (emPCR) und Rolling-Circle-Amplifikation die gängigsten Methoden zur Template-Amplifikation.
Bei der Latex-PCR wird zunächst eine DNA-Bibliothek durch zufällige Fragmentierung genomischer DNA zur Erzeugung einzelsträngiger DNA-Fragmente erstellt, die dann zur Amplifikation mit Adaptern oder Verbindungsstücken an Mikrokügelchen gebunden werden.
Mit dem Fortschritt der Technologie haben viele NGS-Plattformen begonnen, die Gridded Rolling Circle Amplification-Technologie zu verwenden, welche die Amplifikation einzelner DNA-Moleküle an Gitterpunkten erreicht und erfasst, die kleiner als die DNA sind. Diese Technologie ist nicht nur sicher, sondern verbessert auch die Sequenzierungsgenauigkeit weiter.
In Bezug auf Sequenzierungsmethoden verwenden NGS-Systeme im Allgemeinen Synthesesequenzierung, fokale Lichtsequenzierung und reversible Terminationschemie, von denen jede ihre eigenen Eigenschaften hat. Bei manchen Methoden, etwa der Synthese, werden Sequenzinformationen durch die Erkennung von Nukleotidanfügungen durch die DNA-Polymerase während der DNA-Synthese gewonnen.
Mithilfe dieser Technologie können die Sequenzen einer großen Anzahl von Proben gleichzeitig verfolgt werden, wodurch die Menge der Daten, die wir erhalten können, erheblich erhöht wird.
Für Forscher, die eine höhere Genauigkeit anstreben, ist die Echtzeit-Sequenzierungstechnologie von Pacific Biosciences zweifellos eine Innovation, der man Beachtung schenken sollte. Mit dieser Technologie lässt sich durch die Abbildung des kontinuierlichen Einbaus farbstoffmarkierter Nukleotide während der DNA-Synthese eine äußerst hohe Genauigkeit erzielen.
Die treibende Kraft der NGS-Technologie liegt in ihrer Skalierbarkeit und Hochdurchsatzfähigkeit, was ihre Anwendungsszenarien in der Archäologie, der medizinischen Diagnostik und anderen Biowissenschaften erweitert. Doch kann diese Technologie angesichts ihrer fortschreitenden Technologieentwicklung wirklich unbegrenzte Sequenzierungsmöglichkeiten erreichen?
