تقنيات التسلسل من الجيل التالي

يشير التسلسل من الجيل التالي (NGS)، والذي يُطلق عليه أيضًا التسلسل عالي الإنتاجية أو التسلسل المتوازي الهائل، إلى المنصات التي تقرأ ملايين إلى مليارات أجزاء الحمض النووي في وقت واحد، مما أزاح طريقة سانغر التي تقرأ جزءًا واحدًا في كل مرة. وقد أدت هذه التقنيات إلى خفض تكلفة التسلسل بمقادير كبيرة وجعلت دراسات الجينوم الكامل والإكسوم والترانسكريبتوم روتينية.

Definition

تقنيات التسلسل من الجيل التالي هي منصات تحدد تسلسل النيوكليوتيدات عن طريق قراءة أعداد كبيرة جدًا من أجزاء الحمض النووي بالتوازي، مما ينتج بيانات عالية الإنتاجية بتكلفة منخفضة لكل قاعدة، على عكس القراءة الكهربائية المتسلسلة لتسلسل سانغر.

Scope

يستعرض هذا المدخل عائلات المنصات عالية الإنتاجية، بما في ذلك تسلسل القراءة القصيرة عن طريق التخليق، ومناهج الجزيء الواحد ذات القراءة الطويلة مثل التسلسل النانوي والتسلسل في الوقت الفعلي للجزيء الواحد، والمفاضلات بين طول القراءة والدقة التي تميزها، وتأثيرها على نطاق علم الجينوم. هذه نظرة عامة منهجية، وليست مقارنة لقرارات الشراء أو الاختبارات السريرية.

Core questions

• ما الذي يميز التسلسل من الجيل التالي عن تسلسل سانغر السابق؟
• كيف تختلف منصات القراءة القصيرة والقراءة الطويلة في طول القراءة والدقة والتطبيقات؟
• كيف غير التسلسل عالي الإنتاجية نطاق وتكلفة علم الجينوم؟

Key concepts

• التسلسل المتوازي الهائل
• التسلسل عن طريق التخليق
• منصات القراءة القصيرة مقابل القراءة الطويلة
• التسلسل في الوقت الفعلي للجزيء الواحد
• تسلسل النانوبور
• المفاضلة بين طول القراءة والدقة لكل قاعدة
• التكلفة لكل قاعدة

Mechanisms

تعمل المنصات عالية الإنتاجية على تثبيت وقراءة أعداد هائلة من أجزاء الحمض النووي في وقت واحد. يكتشف تسلسل القراءة القصيرة عن طريق التخليق كل قاعدة أثناء دمجها، غالبًا باستخدام مُنهيات قابلة للعكس، مما ينتج قراءات قصيرة ولكنها دقيقة للغاية. تقرأ مناهج القراءة الطويلة جزيئات مفردة في الوقت الفعلي أو أثناء مرورها عبر مسام نانوية، مما ينتج قراءات أطول بكثير تمتد عبر المناطق المتكررة والمعقدة هيكليًا على حساب خطأ أعلى قليلاً لكل قاعدة. يعكس الاختيار بين المنصات مفاضلة بين طول القراءة والدقة والإنتاجية والتكلفة التي تعتمد على الهدف التحليلي.

Clinical relevance

يُعد التسلسل من الجيل التالي حجر الزاوية في أبحاث الجينوم الحديثة وعلم الجينوم السريري، مما يتيح كل شيء بدءًا من اكتشاف المتغيرات وصولًا إلى جينوم مسببات الأمراض والسرطان. يصف هذا المدخل التقنيات ومفاضلاتها كمادة مرجعية ولا يوصي بأي منصة أو اختبار معين للاستخدام الفردي.

Evidence & guidelines

يتم توثيق هذا المجال من خلال مراجعات مؤثرة تتتبع تطور المنصات: ميتزكر (2010)، رويتر وآخرون (2015)، وجودوين وآخرون (2016) للمشهد العام، ووانغ وآخرون (2021) لتسلسل النانوبور على وجه التحديد؛ بنتلي وآخرون (2008) هو تقرير أساسي للقراءة القصيرة.

History

بعد أن هيمن تسلسل سانغر لمدة ثلاثة عقود، ظهرت المنصات التجارية المتوازية الهائلة في منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، مع إظهار تسلسل القراءة القصيرة ذي المُنهيات القابلة للعكس على نطاق الجينوم الكامل في عام 2008. وعلى مدى العقد التالي، ارتفعت الإنتاجية وانخفضت التكاليف بشكل حاد، بينما نضجت منصات القراءة الطويلة للجزيء الواحد (التسلسل في الوقت الفعلي للجزيء الواحد وتسلسل النانوبور) لمعالجة قيود طول القراءة في القراءات القصيرة.

Key figures

• Michael Metzker
• Michael Snyder
• W. Richard McCombie
• David Bentley

Seminal works

• metzker-2009
• goodwin-2016
• wang-2021

Frequently asked questions

ما الذي يضيفه التسلسل من الجيل التالي على تسلسل سانغر؟

يقرأ ملايين إلى مليارات الأجزاء بالتوازي بدلاً من جزء واحد في كل مرة، مما يزيد الإنتاجية بمقادير عديدة ويخفض التكلفة، مما يجعل دراسات الجينوم الكامل وعلى مستوى السكان عملية.

ما هي المفاضلة الرئيسية بين تسلسل القراءة القصيرة والقراءة الطويلة؟

عادةً ما تكون القراءات القصيرة دقيقة للغاية ولكنها قصيرة جدًا بحيث لا تمتد عبر التكرارات الطويلة، بينما تغطي القراءات الطويلة المناطق المتكررة والمعقدة هيكليًا ولكنها كانت تاريخيًا تحمل معدلات خطأ أعلى لكل قاعدة.