Language
Country/Area
No result found
Cuộc cách mạng giải trình tự thế hệ tiếp theo: Điều gì khiến cho giải trình tự song song lớn trở nên mạnh mẽ đến vậy?
Trong lĩnh vực khoa học y sinh, sự phát triển nhanh chóng của công nghệ giải trình tự DNA đang không ngừng thay đổi hiểu biết của chúng ta về bộ gen. Giải trình tự song song lớn, còn được gọi là Giải trình tự thế hệ tiếp theo (NGS), là một trong những công nghệ cốt lõi của sự thay đổi này.
Trình tự song song quy mô lớn cho phép chúng tôi tạo ra từ 1 triệu đến 43 tỷ lượt đọc chuỗi ngắn trong một lần chạy thiết bị, một điều không thể tưởng tượng được trong quá khứ.
Từ năm 1993 đến năm 1998, một số công nghệ giải trình tự DNA hiệu suất cao đã được phát triển và thương mại hóa sau năm 2005. Những kỹ thuật này tận dụng các nền tảng thu nhỏ và song song, cho phép thu được lượng lớn dữ liệu trình tự DNA trong mỗi lần chạy. So với trình tự Sanger truyền thống, Trình tự song song lớn có thể hoàn thành trình tự trên quy mô lớn hơn và không còn phụ thuộc vào các phản ứng giải trình tự độc lập.
Quy trình vận hành nền tảng NGS
Đối với các nền tảng NGS có bán trên thị trường, quy trình giải trình tự DNA cơ bản thường bao gồm các bước sau. Đầu tiên, các thư viện giải trình tự DNA được tạo ra bằng phương pháp khuếch đại dòng vô tính PCR in vitro; thứ hai, việc xác định trình tự được thực hiện bằng quá trình tổng hợp và cuối cùng, các mẫu DNA khuếch đại được phân tách theo không gian này được giải trình tự song song mà không cần các bước phân tách vật lý. Mô hình phản ứng song song này cho phép tạo ra hàng trăm nghìn tỷ đến hàng tỷ trình tự nucleotide trong mỗi lần chạy, giúp làm phong phú đáng kể dữ liệu trình tự có sẵn.
Giải trình tự song song quy mô lớn không chỉ mang lại sản lượng dữ liệu cao hơn mà còn giảm đáng kể chi phí giải trình tự, hiện ở mức gần 1.000 USD cho mỗi bộ gen.
Phương pháp chuẩn bị mẫu
Hai phương pháp được sử dụng để chuẩn bị mẫu trong phản ứng NGS, một là khuếch đại mẫu từ một phân tử DNA đơn lẻ và phương pháp kia là sử dụng trực tiếp một mẫu phân tử DNA đơn lẻ.
Phương pháp PCR kem
Trong phương pháp PCR kem, thư viện DNA đầu tiên được tạo ra, sau đó các đoạn DNA chuỗi đơn được gắn vào bề mặt của các hạt, được bao bọc trong các hạt kem nước-dầu để tạo thành một lò phản ứng vi mô PCR nhằm khuếch đại một mẫu DNA duy nhất.
Phương pháp khuếch đại cầu
Khuếch đại cầu đạt được bằng cách gắn cộng hóa trị các mồi tiến và lùi vào bề mặt của tế bào dòng chảy. Công nghệ này được sử dụng rộng rãi để tạo ra các cụm mẫu có mật độ cao cho NGS, phù hợp cho các phản ứng giải trình tự tiếp theo.
Phương pháp giải trình tự
Có một số phương pháp giải trình tự NGS chính, bao gồm Giải trình tự bằng tổng hợp, Giải trình tự bằng pyroin và Giải trình tự bằng hóa học hủy diệt có thể đảo ngược.
Nguyên tắc giải trình tự tổng hợp dựa trên quá trình tiêu hóa nội bào của DNA polymerase và xác định trình tự của mẫu bằng cách phát hiện sự kết hợp của từng nucleotide. Công nghệ này đã được hầu hết các thiết bị giải trình tự song song áp dụng.
Giải trình tự ngọn lửa kết hợp các vật liệu hỗ trợ rắn và DNA polymerase được thiết kế để phát hiện từng nucleotide bổ sung thông qua sự phát quang tức thì. Sự phát triển của các công nghệ này đã giúp việc giải trình tự DNA nhanh hơn, chính xác hơn và hiệu quả hơn.
Xu hướng và thách thức trong tương lai
Khi công nghệ tiếp tục phát triển, chi phí của NGS tiếp tục giảm và phạm vi ứng dụng của nó ngày càng rộng hơn. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn phải đối mặt với một số thách thức, bao gồm sự phụ thuộc cao vào các thiết bị và độ phức tạp của phân tích dữ liệu. Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào cách cải thiện hơn nữa độ chính xác và tốc độ đọc cũng như cách đơn giản hóa quá trình phân tích dữ liệu.
Giải trình tự song song lớn sẽ nâng cao hơn nữa sự hiểu biết của chúng ta về khoa học đời sống trong nghiên cứu bộ gen trong tương lai như thế nào?
Trong cuộc cách mạng gen này, tiềm năng của Trình tự song song lớn sẽ ảnh hưởng như thế nào đến tương lai của chúng ta?
