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Sanger 시퀀싱의 과거와 NGS의 미래 : DNA 시퀀싱은 어떻게 단일에서 평행으로 이동합니까?
생의학 과학 분야에서 DNA 시퀀싱 기술은 중대한 변화를 겪었습니다.Sanger 시퀀싱이 도입 된 이후, 게놈의 신비가 우리를 위해 공개되었으며, 차세대 시퀀싱 (NGS)의 출현으로 인해이 기술이 새로운 높이로 밀려났습니다.이 기술적 인 도약은 단일에서 평행으로 시퀀싱의 속도를 높일뿐만 아니라 시퀀싱 비용을 줄여 게놈의 연구 환경을 변화시킵니다.
NGS의 출현으로 인해 짧은 시간 내에 수천만 건의 게놈 데이터를 얻을 수 있으며, 이는 Sanger 시퀀싱에 비교할 수 없습니다.
ngs는 대규모 병렬 처리의 개념을 활용하는 다양한 고 처리량 DNA 시퀀싱 방법을 말합니다.이 기술들 중 다수는 1993 년부터 1998 년까지 차례로 나타 났으며 2005 년에 상용화되었습니다.이 기술은 각 악기가 실행될 때 백만에서 430 억 개의 짧은 시퀀스를 생성 할 수 있도록합니다.이러한 플랫폼에서 기술 구성 및 시퀀싱 화학은 다르지만 공간적으로 분리 된 클로 플라플 리포드 된 DNA 템플릿 또는 단일 DNA 분자를 통한 대규모 병렬 시퀀싱 : 일반적인 기술 패러다임을 공유합니다.
동시에, Sanger 시퀀싱은 1 세대 시퀀싱이라고도하며, 이는 전기 영동에 의존하여 최종 제품을 분리합니다.이 방법은 오랜 역사를 가지고 있지만 현재 과학적 요구에 직면 할 때 부도덕 한 것 같습니다.NGS 방법론을 통해 한 번에 대규모 시퀀싱 작업을 완료 할 수있어 유전자 연구에 전례없는 효율성과 정확성을 제공합니다.
NGS 플랫폼
상업적으로 이용 가능한 NGS 플랫폼을 사용한 DNA 시퀀싱 과정은 일반적으로 여러 단계로 나뉩니다.
- DNA 시퀀싱 라이브러리는 시험 관내 PCR 클론 증폭에 의해 생성되었다.
- DNA 서열은 상보 적 가닥에서 뉴클레오티드의 증가에 기초한 합성 시퀀싱에 의해 결정된다.
- 공간적으로 분리 된 증폭 된 DNA 템플릿은 물리적 분리 단계의 필요없이 대규모 평행 방식으로 동시에 시퀀싱됩니다.
이러한 단계는 대부분의 NGS 플랫폼에서 유사하지만 각 플랫폼의 전략은 다양하여 각 기술을 시장의 독특하고 응용 분야로 만듭니다.
NGS의 병렬화 된 시퀀싱 반응은 단일 기기 실행에서 기가비트 뉴클레오티드 서열에 수백 개의 메가를 생성 할 수있다.이러한 변화는 이용 가능한 서열 데이터의 양을 크게 증가시켜 의학의 게놈 시퀀싱 방법의 근본적인 변화를 초래한다.신흥 NGS 기술 및 기기의 출현으로 시퀀싱 비용도 크게 줄어들어 게놈 당 $ 1,000의 표준에 접근했습니다.
템플릿 준비 방법
NGS 반응을 수행 할 때 템플릿을 준비하는 두 가지 주요 방법이 있습니다 : 단일 DNA 분자의 증폭 템플릿 및 단일 DNA 분자 주형.
단일 형광 이벤트를 감지 할 수없는 이미징 시스템의 경우 DNA 템플릿을 증폭시켜야합니다.일반적인 증폭 방법은 에멀젼 PCR, 롤링 링 증폭 및 고체 증폭을 포함한다.
로션 PCR
에멀젼 PCR 방법에서, DNA 라이브러리는 먼저 게놈 DNA의 무작위 단편화에 의해 생성 된 다음, 단일 가닥 DNA 단편은 양말이 열린 후 각 입자와 함께 입자의 표면에 연결된다 DNA 단편을 나타냅니다.이어서, 입자를 워터 오일 에멀젼 액 적으로 포장하고, 각각은 PCR 미세 반응기이며, 여기서 증폭 된 단일 DNA 주형 카피가 생성된다.
교량 증폭
브리지 증폭에서, 전방 및 역 프라이머는 고밀도에서 유동 셀의 기판에 공유 부착된다.효소 적으로 연장 된 시약이 노출 된 후, 페어링 된 주형은 표면 프라이머에 걸쳐 확장되어 궁극적으로 수백만 개의 다른 위치에서 DNA 폴리머의 국소 증폭을 완료하여 독립적 인 주형 클러스터가된다.
단일 분자 템플릿
단일 분자 템플릿의 준비는 비교할 때 더 직관적이며 PCR 단계가 필요하지 않습니다.일반적으로 단일 분자 템플릿은 고체지지에 고정되어 있으며 다른 방식으로 증폭됩니다.첫 번째 접근법에서와 같이, 공간적으로 분포 된 프라이머는 고체지지에 고정되고, 무작위로 절단 된 DNA 단편은 고정화 된 프라이머에 혼성화된다.
시퀀싱 방법
NGS의 시퀀싱 방법은 합성 시퀀싱, 피로스 쿼싱 및 가역적 터미네이터 화학을 포함한 자체 특성을 갖는다.합성 시퀀싱의 목적은 DNA 폴리머 라제의 뉴클레오티드의 첨가를 검출함으로써 샘플의 서열을 결정하는 것이다.
의 논란은 전통적인 Sanger 시퀀싱에 필요한 지루한 단계를 잃은 후에도 NGS는 게놈 연구에보다 효율적인 패러다임을 제공합니다.
기술이 발전함에 따라, 우리는 초기 단일 시퀀스 방법에서 오늘날의 병렬 처리 모델로 DNA 시퀀싱의 전환을 목격하여 효율성을 크게 향상시킬뿐만 아니라 비용과 시간의 전례없는 장점을 제공합니다.미래의 DNA 시퀀싱 기술은 어떤 방향으로 발전 할 것인가?
