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次世代シーケンシング革命: 大規模並列シーケンシングがこれほど強力になる理由は何ですか?
生物医学科学の分野では、DNA 配列決定技術の急速な発展により、ゲノムに対する私たちの理解が常に変化しています。大規模並列シーケンス (次世代シーケンス (NGS) とも呼ばれる) は、この変更の中核テクノロジーの 1 つです。
Massive Parallel Sequencing により、1 回のデバイスの実行で 100 万から 430 億のショート シーケンス リードを生成できます。これは過去には想像もできなかったことでした。
1993 年から 1998 年にかけて、いくつかのハイスループット DNA シーケンス技術が開発され、2005 年以降に商品化されました。これらの技術は、小型化および並列化されたプラットフォームを利用しており、実行ごとに大量の DNA 配列データを取得できます。従来のサンガーシーケンスと比較して、Massive Parallel Sequencing は大規模なシーケンスを完了でき、独立したシーケンス反応に依存する必要がなくなりました。
NGS プラットフォームの運用プロセス
市販の NGS プラットフォームの場合、DNA シーケンスの基本プロセスには通常、次の手順が含まれます。まず、DNA 配列決定ライブラリーが in vitro PCR クローン増幅によって生成され、次に配列決定が合成によって実行され、最後に、これらの空間的に分離された増幅された DNA テンプレートが、物理的な分離ステップを必要とせずに並行して配列決定されます。この並列化された反応モデルにより、実行ごとに数百兆から数十億のヌクレオチド配列の生成が可能になり、利用可能な配列データが大幅に強化されます。
Massive Parallel Sequencing は、より高いデータ出力を提供するだけでなく、ゲノムあたり現在 1,000 米ドル近くになっているシーケンスコストも大幅に削減します。
テンプレートの作成方法
NGS 反応でテンプレートを調製するには 2 つの方法が使用されます。1 つは単一の DNA 分子からテンプレートを増幅する方法、もう 1 つは単一の DNA 分子テンプレートを直接使用する方法です。
クリーム PCR 法
クリーム PCR 法では、最初に DNA ライブラリーを生成し、次に一本鎖 DNA 断片をビーズの表面に付着させ、これを水油クリーム粒子内に封入して PCR マイクロリアクターを形成し、単一の DNA 鋳型を増幅します。
ブリッジ増幅方式
ブリッジ増幅は、フォワードプライマーとリバースプライマーをフローセルの表面に共有結合させることによって実現されます。この技術は、その後のシーケンス反応に適した NGS 用の高密度テンプレート クラスターを作成するために広く使用されています。
シーケンス方法
NGS シーケンスには、合成によるシーケンス、パイロシーケンス、可逆ターミネーター ケミストリーによるシーケンスなど、いくつかの主要なシーケンス方法があります。
合成シーケンスの原理は、DNA ポリメラーゼのエンドヌクレオシド消化に依存しており、各ヌクレオチドの取り込みを検出することでサンプルの配列を決定します。この技術は、ほぼすべてのパラレル シーケンス機器で採用されています。
フレームシーケンスでは、固体支持体材料と人工 DNA ポリメラーゼを組み合わせて、瞬時の発光によって各ヌクレオチドの付加を検出します。これらの技術の発展により、DNA 配列決定はより高速、より正確、より効率的になりました。
今後の傾向と課題
技術が進歩し続けるにつれて、NGS のコストは下がり続け、その適用範囲はますます広がっていますが、この技術は依然として、機器への依存度の高さやデータ分析の複雑さなど、いくつかの課題に直面しています。今後の研究では、読み取りの精度と速度をさらに向上させる方法、およびデータ分析プロセスを簡素化する方法に焦点が当てられる可能性があります。
大規模並列シークエンシングは、将来のゲノム研究における生命科学の理解をどのようにさらに前進させますか?
このゲノミクス革命において、大規模並列シーケンシングの可能性は私たちの将来にどのような影響を与えるのでしょうか?
