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Decodifica del sequenziamento genetico: come fa la tecnologia NGS a generare miliardi di sequenze in un'unica sessione?
Con il rapido sviluppo della genomica, la tecnologia del sequenziamento di nuova generazione (NGS) è diventata uno strumento estremamente importante. Sin dalla sua commercializzazione nel 2005, la tecnologia NGS ha trasformato il modo in cui la comunità scientifica studia il genoma. La chiave di questa tecnologia è la sua capacità di generare miliardi di sequenze di DNA in un'unica sessione, migliorando notevolmente l'efficienza e la redditività del sequenziamento genico.
Il sequenziamento parallelo massivo, o sequenziamento di nuova generazione (NGS), si riferisce a una serie di tecnologie di sequenziamento del DNA ad alto rendimento che utilizzano il concetto di elaborazione parallela su larga scala per analizzare le sequenze di DNA.
Il processo operativo della tecnologia NGS è principalmente suddiviso in diverse fasi: in primo luogo, i frammenti di DNA provenienti da diverse fonti vengono trasformati in librerie di sequenziamento tramite il metodo PCR; quindi, la sequenza viene determinata tramite sintesi, che è fondamentalmente diversa dalla tradizionale catena metodo di terminazione. la differenza. Nei sistemi NGS, i template DBA sono separati spazialmente nella cella di flusso e sequenziati simultaneamente in parallelo. Questa architettura consente di generare da centinaia a migliaia di gigabasi di sequenza in una singola esecuzione.
Questa tecnologia non solo riduce significativamente il costo del sequenziamento di ogni genoma, ma cambia anche l'approccio al sequenziamento del genoma nelle scienze biomediche.
Con il rapido sviluppo della tecnologia di sequenziamento di nuova generazione, sul mercato sono emerse diverse piattaforme, ciascuna con specifiche tecniche e applicazioni proprie. Dati i rapidi cambiamenti nelle piattaforme NGS, i tempi di esecuzione di queste tecnologie e il rendimento per esecuzione vengono costantemente adeguati.
In termini di preparazione del modello, la NGS può essere eseguita attraverso due metodi: uno è il modello di una singola molecola di DNA amplificata, e l'altro è l'uso diretto di un modello di una singola molecola di DNA. Tra questi, i metodi di amplificazione del modello più comuni sono la PCR al lattice (emPCR) e l'amplificazione a cerchio rotante.
Nella PCR al lattice, una libreria di DNA viene prima preparata frammentando casualmente il DNA genomico per generare frammenti di DNA a singolo filamento, che vengono poi fissati a microsfere con adattatori o connettori per l'amplificazione.
Con il progresso della tecnologia, molte piattaforme NGS hanno iniziato a utilizzare la tecnologia di amplificazione a cerchio rotante a griglia, che ottiene e cattura l'amplificazione di singole molecole di DNA su punti della griglia più piccoli del DNA. Questa tecnologia non è solo sicura, ma migliora anche ulteriormente la precisione del sequenziamento.
Per quanto riguarda i metodi di sequenziamento, i sistemi NGS utilizzano generalmente il sequenziamento di sintesi, il sequenziamento a luce focale e la chimica di terminazione reversibile, ognuno dei quali ha le sue caratteristiche. Alcuni metodi, come la sintesi, ottengono informazioni sulla sequenza rilevando le aggiunte di nucleotidi da parte della DNA polimerasi durante la sintesi del DNA.
Questa tecnologia consente di tracciare contemporaneamente le sequenze di un gran numero di campioni, aumentando notevolmente la quantità di dati che possiamo ottenere.
Per i ricercatori che puntano a una maggiore accuratezza, la tecnologia di sequenziamento in tempo reale di Pacific Biosciences è senza dubbio un'innovazione a cui vale la pena prestare attenzione. Questa tecnologia può raggiungere un'accuratezza estremamente elevata riproducendo per immagini l'incorporazione continua di nucleotidi marcati con coloranti durante la sintesi del DNA.
La forza trainante della tecnologia NGS risiede nella sua scalabilità e nelle sue caratteristiche di elevata produttività, che ne ampliano gli scenari applicativi in archeologia, diagnosi medica e altre scienze biologiche. Tuttavia, man mano che la tecnologia continua a svilupparsi, questa tecnologia può davvero garantire possibilità di sequenziamento illimitate?
