Language
Country/Area
No result found
Quá khứ của trình tự Sanger và tương lai của NGS: Trình tự DNA đi từ đơn sang song song như thế nào?
Trong lĩnh vực khoa học y sinh, công nghệ giải trình tự DNA đã trải qua những thay đổi đáng kể.Kể từ khi giới thiệu trình tự Sanger, bí ẩn của bộ gen đã được tiết lộ cho chúng tôi và sự xuất hiện của trình tự thế hệ tiếp theo (NGS) đã đẩy công nghệ này lên một tầm cao mới.Bước nhảy vọt công nghệ này từ đơn sang song song không chỉ làm tăng tốc độ giải trình tự, mà còn làm giảm chi phí giải trình tự, do đó thay đổi cảnh quan nghiên cứu của bộ gen.
Sự xuất hiện của NGS cho phép chúng tôi thu được hàng chục triệu dữ liệu bộ gen trong một khoảng thời gian ngắn, điều này không thể so sánh với trình tự Sanger.
NGS đề cập đến các phương pháp giải trình tự DNA thông lượng cao khác nhau sử dụng khái niệm xử lý song song quy mô lớn.Nhiều trong số các công nghệ này xuất hiện lần lượt từ năm 1993 đến 1998 và được thương mại hóa vào năm 2005.Các công nghệ này cho phép mỗi công cụ tạo ra từ 1 triệu đến 43 tỷ trình tự ngắn khi chạy.Trong các nền tảng này, các cấu hình kỹ thuật và hóa học giải trình tự khác nhau, nhưng chúng có chung một mô hình kỹ thuật phổ biến: trình tự song song quy mô lớn thông qua các mẫu DNA được khuếch đại không gian, được khuếch đại vô tính hoặc các phân tử DNA đơn.
Đồng thời, trình tự Sanger còn được gọi là trình tự thế hệ đầu tiên, dựa trên điện di để tách các sản phẩm cuối cùng.Mặc dù phương pháp này có một lịch sử lâu dài, nhưng có vẻ vô lý khi phải đối mặt với các nhu cầu khoa học hiện tại.Phương pháp NGS cho phép chúng tôi hoàn thành công việc giải trình tự quy mô lớn cùng một lúc, mang lại hiệu quả và độ chính xác chưa từng có cho nghiên cứu di truyền.
NGS Nền tảng
Quá trình giải trình tự DNA bằng cách sử dụng các nền tảng NGS có bán trên thị trường thường được chia thành nhiều bước:
Mặc dù các bước này tương tự nhau trên hầu hết các nền tảng NGS, nhưng các chiến lược của mỗi nền tảng khác nhau, điều này làm cho mỗi công nghệ trở nên độc đáo và các khu vực ứng dụng trên thị trường.
Phản ứng giải trình tự song song của NGS có thể tạo ra hàng trăm mega đến trình tự nucleotide gigabit trong một lần chạy nhạc cụ.Sự thay đổi này làm tăng đáng kể lượng dữ liệu trình tự có sẵn, dẫn đến những thay đổi cơ bản trong các phương pháp giải trình tự bộ gen của khoa học y tế.Với sự xuất hiện của các công nghệ và công cụ NGS mới nổi, chi phí giải trình tự cũng đã giảm đáng kể, tiếp cận tiêu chuẩn chỉ 1.000 đô la cho mỗi bộ gen.
Phương pháp chuẩn bị mẫu
Khi thực hiện các phản ứng NGS, có hai phương pháp chính để chuẩn bị các mẫu: các mẫu khuếch đại từ một phân tử DNA duy nhất và một mẫu phân tử DNA duy nhất.
Đối với các hệ thống hình ảnh không thể phát hiện một sự kiện huỳnh quang duy nhất, mẫu DNA cần được khuếch đại.Các phương pháp khuếch đại phổ biến bao gồm PCR nhũ tương, khuếch đại vòng lăn và khuếch đại pha rắn.
Lotion PCR
Trong phương pháp PCR nhũ tương, một thư viện DNA được tạo ra đầu tiên bằng sự phân mảnh ngẫu nhiên của DNA bộ gen, và sau đó đoạn DNA chuỗi đơn được kết nối với bề mặt của hạt với bộ liên kết. đại diện cho một đoạn DNA.Các hạt sau đó được đóng gói vào các giọt nhũ tương dầu nước, mỗi hạt là một microreactor PCR, trong đó một bản sao mẫu DNA đơn được khuếch đại được tạo ra.
khuếch đại cầu
Trong khuếch đại cầu, các đoạn mồi phía trước và ngược được gắn cộng hóa trị vào chất nền của tế bào dòng chảy ở mật độ cao.Sau khi thuốc thử mở rộng enzyme được phơi bày, mẫu được ghép nối mở rộng trên các mồi bề mặt, cuối cùng hoàn thành việc khuếch đại cục bộ của các polyme DNA tại hàng triệu vị trí khác nhau, trở thành một cụm mẫu độc lập.
Mẫu đơn phân tử
Việc chuẩn bị các mẫu phân tử đơn là trực quan hơn so với so sánh, không yêu cầu bước PCR.Nói chung, các mẫu đơn phân tử được cố định trên hỗ trợ vững chắc và được khuếch đại theo những cách khác nhau.Như trong cách tiếp cận đầu tiên, các đoạn mồi phân phối không gian được cố định trên sự hỗ trợ rắn và các đoạn DNA bị phân tách ngẫu nhiên sau đó được lai với các đoạn mồi bất động.
Phương pháp giải trình tự
Các phương pháp giải trình tự của NGS có các đặc điểm riêng của chúng, bao gồm giải trình tự tổng hợp, pyrosequencing và hóa học Terminator có thể đảo ngược.Mục đích của giải trình tự tổng hợp là xác định trình tự của mẫu bằng cách phát hiện việc bổ sung nucleotide của DNA polymerase.
Có thể cho rằng, sau khi mất các bước tẻ nhạt cần thiết cho trình tự Sanger truyền thống, NGS cung cấp một mô hình hiệu quả hơn cho nghiên cứu bộ gen.
Khi công nghệ phát triển, chúng tôi đã chứng kiến quá trình chuyển đổi trình tự DNA từ một phương pháp một chuỗi sớm sang mô hình xử lý song song ngày nay, không chỉ cải thiện đáng kể hiệu quả mà còn mang lại những lợi thế chưa từng có về chi phí và thời gian.Công nghệ giải trình tự DNA trong tương lai sẽ phát triển theo hướng nào?
