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유전자 시퀀싱 디코딩: NGS 기술은 어떻게 한 번의 실행으로 수십억 개의 시퀀스를 생성하는가?
게놈학의 급속한 발전으로 차세대 시퀀싱(NGS) 기술은 매우 중요한 도구가 되었습니다. 2005년 상용화된 이후 NGS는 과학계에서 유전체를 연구하는 방식을 변화시켰습니다. 이 기술의 핵심은 단 한 번의 실행으로 수십억 개의 DNA 시퀀스를 생성해 유전자 시퀀싱의 효율성과 비용 효율성을 크게 향상시킬 수 있다는 것입니다.
대규모 병렬 시퀀싱 또는 차세대 시퀀싱(NGS)은 DNA 시퀀스를 분석하기 위해 대규모 병렬 처리 개념을 사용하는 다양한 고처리량 DNA 시퀀싱 기술을 말합니다.
NGS 기술의 작동 과정은 주로 몇 단계로 나뉜다. 첫째, 다양한 출처의 DNA 단편을 PCR 방법을 통해 시퀀싱 라이브러리로 만든다. 둘째, 합성을 통해 시퀀스를 결정하는데, 이는 기존의 사슬 분석과 근본적으로 다르다. 종료방법의 차이점. NGS 시스템에서 DBA 템플릿은 유동 셀에서 공간적으로 분리되어 동시에 병렬로 시퀀싱됩니다. 이 아키텍처를 사용하면 단일 실행에서 수백에서 수천 기가베이스의 시퀀스를 생성할 수 있습니다.
이 기술은 각 유전체 시퀀싱 비용을 크게 줄일 뿐만 아니라, 생물의학 분야에서 유전체 시퀀싱에 대한 접근 방식도 변화시킵니다.
차세대 시퀀싱 기술의 급속한 개발로 인해 다양한 플랫폼이 시장에 출시되었으며, 각 플랫폼은 고유한 기술 사양과 응용 분야를 갖추고 있습니다. NGS 플랫폼의 빠른 변화에 따라 이들 기술의 실행 시간과 실행당 출력은 지속적으로 조정되고 있습니다.
템플릿 준비 측면에서 NGS는 두 가지 방법을 통해 수행할 수 있습니다. 하나는 증폭된 단일 DNA 분자 템플릿을 사용하는 것이고, 다른 하나는 단일 DNA 분자 템플릿을 직접 사용하는 것입니다. 그 중 라텍스 PCR(emPCR)과 롤링서클 증폭이 가장 흔히 쓰이는 템플릿 증폭 방법이다.
라텍스 PCR의 경우, 먼저 게놈 DNA를 무작위로 단편화하여 단일 가닥 DNA 단편을 생성하여 DNA 라이브러리를 준비한 다음, 이 단편을 증폭을 위한 어댑터나 커넥터가 있는 마이크로비드에 부착합니다.
기술의 발전으로 많은 NGS 플랫폼이 그리드형 롤링 서클 증폭 기술을 사용하기 시작했습니다. 이 기술은 DNA보다 작은 그리드 지점에서 단일 DNA 분자의 증폭을 달성하고 포착합니다. 이 기술은 안전할 뿐만 아니라, 시퀀싱 정확도를 더욱 향상시킵니다.
시퀀싱 방법 측면에서 NGS 시스템은 일반적으로 합성 시퀀싱, 초점광 시퀀싱 및 가역적 종결 화학을 사용하며, 각각 고유한 특성을 가지고 있습니다. 합성과 같은 일부 방법은 DNA 합성 중에 DNA 중합효소에 의한 뉴클레오티드 추가를 감지하여 서열 정보를 얻습니다.
이 기술을 사용하면 대량의 샘플 시퀀스를 동시에 추적할 수 있어 얻을 수 있는 데이터 양이 크게 늘어났습니다.
더 높은 정확성을 추구하는 연구자들에게 Pacific Biosciences의 실시간 시퀀싱 기술은 의심할 여지 없이 주목할 만한 혁신입니다. 이 기술은 DNA 합성 과정에서 염료로 표지된 뉴클레오티드의 지속적인 통합을 영상화함으로써 매우 높은 정확도를 달성할 수 있습니다.
NGS 기술의 핵심 원동력은 확장성과 고처리량 특성에 있으며, 이로 인해 고고학, 의료 진단 및 기타 생물학 분야에서 응용 분야가 더욱 광범위해집니다. 하지만 기술이 계속 발전함에 따라 이 기술로 정말 무한한 시퀀싱 가능성이 실현될 수 있을까요?
