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サンガーシーケンスの過去とNGSの未来：DNAシーケンスはシングルからパラレルにどのように進みますか？
生物医学科学の分野では、DNAシーケンス技術が大幅に変化しました。サンガーシーケンスの導入以来、ゲノムの謎が私たちのために明らかにされており、次世代シーケンス（NGS）の出現により、この技術が新しい高みになりました。この技術的な飛躍は、シングルからパラレルへの飛躍により、シーケンスの速度を高めるだけでなく、シーケンスのコストを削減し、ゲノミクスの研究環境を変えます。
NGSの出現により、短期間で数千万人のゲノムデータを取得することができます。これは、サンガーシーケンスと比較できます。
ngsは、大規模並列処理の概念を利用するさまざまなハイスループットDNAシーケンス方法を指します。これらのテクノロジーの多くは、1993年から1998年に次々と登場し、2005年に商業化されました。これらのテクノロジーにより、各機器は、実行時に100万から430億の短いシーケンス読み取りを生成できます。これらのプラットフォームでは、技術的構成とシーケンス化学は異なりますが、共通の技術的パラダイムを共有します。空間的に分離されたクローン増幅DNAテンプレートまたは単一DNA分子を介した大規模な並列シーケンスです。
同時に、サンガーシーケンスは第一世代のシーケンスとしても知られており、電気泳動に依存して最終製品を分離します。この方法には長い歴史がありますが、現在の科学的ニーズに直面している場合、悪意はないようです。NGS方法論により、一度に大規模なシーケンス作業を完了し、遺伝的研究に前例のない効率と精度をもたらすことができます。
ngsプラットフォーム
市販のNGSプラットフォームを使用したDNAシーケンスのプロセスは、通常、いくつかのステップに分割されます。
- DNAシーケンスライブラリは、in vitro PCRクローン増幅によって生成されました。
- DNA配列は、相補鎖上のヌクレオチドの増加に基づく合成シーケンスによって決定されます。
- 空間的に分離された増幅されたDNAテンプレートは、物理的な分離ステップを必要とせずに、大規模な平行な方法で同時にシーケンスされます。
これらの手順はほとんどのNGSプラットフォームで類似していますが、各プラットフォームの戦略はさまざまであり、各テクノロジーが市場のユニークなアプリケーション領域をユニークにします。
NGの並列化されたシーケンス反応は、1回の機器実行で数百のメガからギガビットヌクレオチド配列読み取りを生成できます。この変化は、利用可能なシーケンスデータの量を大幅に増加させ、医学のゲノム配列決定方法に根本的な変化をもたらしました。新たなNGSテクノロジーと機器の出現により、シーケンスのコストも大幅に削減され、ゲノムあたりわずか1,000ドルの基準に近づいています。
テンプレート準備方法
NGS反応を実行する場合、テンプレートを準備するための2つの主な方法があります。単一のDNA分子と単一のDNA分子テンプレートからの増幅テンプレートです。
単一の蛍光イベントを検出できないイメージングシステムの場合、DNAテンプレートを増幅する必要があります。一般的な増幅方法には、エマルジョンPCR、ローリングリング増幅、固相増幅が含まれます。
ローションPCR
エマルジョンPCR法では、DNAライブラリーは最初にゲノムDNAのランダムな断片化によって生成され、次に靴下が開いた後、粒子を開いた後、一本鎖DNAフラグメントが粒子の表面に接続されますDNAフラグメントを表します。次に、粒子をウォーターオイルエマルジョン液滴にパッケージ化します。それぞれはPCRマイクロリアクターで、増幅された単一DNAテンプレートコピーが生成されます。
ブリッジ増幅
ブリッジ増幅では、順方向および逆プライマーは、高密度でフローセルの基質に共有結合します。酵素的に拡張された試薬が露出した後、ペアのテンプレートが表面プライマーの上に伸び、最終的に何百万もの異なる場所でDNAポリマーの局所増幅を完了し、独立したテンプレートクラスターになります。
単一分子テンプレート
単一分子テンプレートの準備は、比較してより直感的であり、PCRステップは必要ありません。一般に、単一分子テンプレートは固体サポートで固定され、さまざまな方法で増幅されます。最初のアプローチと同様に、空間的に分布したプライマーは固体サポートに固定され、ランダムに切断されたDNAフラグメントが固定化されたプライマーにハイブリダイズされます。
シーケンス方法
NGSのシーケンス方法には、合成シーケンス、蒸発性、可逆ターミネーターの化学など、独自の特性があります。合成シーケンスの目的は、DNAポリメラーゼのヌクレオチドの添加を検出することにより、サンプルの配列を決定することです。
おそらく、従来のサンガーシーケンスに必要な退屈な手順を失った後、NGSはゲノム研究のためにより効率的なパラダイムを提供します。
テクノロジーが発展するにつれて、初期の単一シーケンス法から今日の並列処理モデルへのDNAシーケンスの移行が目撃されました。これは、効率を大幅に改善するだけでなく、コストと時間の前例のない利点をもたらします。将来のDNAシーケンステクノロジーはどの方向に発生しますか？
