فناوریهای توالییابی نسل جدید
توالییابی نسل جدید (NGS)، که توالییابی با توان عملیاتی بالا یا توالییابی موازی انبوه نیز نامیده میشود، به پلتفرمهایی اطلاق میشود که میلیونها تا میلیاردها قطعه DNA را به طور همزمان میخوانند و جایگزین روش سنگر (Sanger) که هر بار یک توالی را میخواند، شدهاند. این فناوریها هزینه توالییابی را به میزان قابل توجهی کاهش داده و مطالعات کل ژنوم، اگزوم و ترانسکریپتوم را به امری معمول تبدیل کردهاند.
Definition
فناوریهای توالییابی نسل جدید پلتفرمهایی هستند که توالی نوکلئوتیدی را با خواندن تعداد بسیار زیادی از قطعات DNA به صورت موازی تعیین میکنند و دادههای با توان عملیاتی بالا را با هزینه کم به ازای هر باز تولید میکنند، برخلاف خوانش الکتروفورتیک متوالی توالییابی سنگر.
Scope
این مدخل به بررسی خانوادههای پلتفرمهای با توان عملیاتی بالا، از جمله توالییابی با سنتز با خوانش کوتاه و رویکردهای تکمولکولی با خوانش بلند مانند نانوپور و توالییابی تکمولکولی در زمان واقعی، تفاوتهای طول خوانش در مقابل دقت که آنها را متمایز میکند، و تأثیر آنها بر مقیاس ژنومیک میپردازد. این یک بررسی روششناختی است، نه مقایسهای برای تصمیمگیریهای خرید یا آزمایشهای بالینی.
Core questions
- چه چیزی توالییابی نسل جدید را از توالییابی سنگر قبلی متمایز میکند؟
- پلتفرمهای خوانش کوتاه و خوانش بلند از نظر طول خوانش، دقت و کاربردها چه تفاوتی دارند؟
- توالییابی با توان عملیاتی بالا چگونه مقیاس و هزینه ژنومیک را تغییر داد؟
Key concepts
- توالییابی موازی انبوه
- توالییابی با سنتز
- پلتفرمهای خوانش کوتاه در مقابل خوانش بلند
- توالییابی تکمولکولی در زمان واقعی
- توالییابی نانوپور
- بدهبستان طول خوانش و دقت به ازای هر باز
- هزینه به ازای هر باز
Mechanisms
پلتفرمهای با توان عملیاتی بالا تعداد زیادی از قطعات DNA را به طور همزمان تثبیت و میخوانند. توالییابی با سنتز با خوانش کوتاه، هر باز را هنگام ترکیب شدن تشخیص میدهد، اغلب با استفاده از پایاندهندههای برگشتپذیر، که منجر به خوانشهای کوتاه اما بسیار دقیق میشود. رویکردهای خوانش بلند، مولکولهای منفرد را در زمان واقعی یا هنگام عبور از یک نانوپور میخوانند و خوانشهای بسیار طولانیتری تولید میکنند که مناطق تکراری و پیچیده ساختاری را پوشش میدهند، اما با هزینه خطای بالاتر به ازای هر باز. انتخاب بین پلتفرمها نشاندهنده یک بدهبستان بین طول خوانش، دقت، توان عملیاتی و هزینه است که به هدف تحلیلی بستگی دارد.
Clinical relevance
توالییابی نسل جدید ستون فقرات تحقیقات ژنومیک مدرن و ژنومیک بالینی است که همه چیز را از تشخیص واریانت تا ژنومیک پاتوژن و سرطان امکانپذیر میسازد. این مدخل فناوریها و بدهبستانهای آنها را به عنوان یک ماده مرجع توصیف میکند و هیچ پلتفرم یا آزمون خاصی را برای استفاده فردی توصیه نمیکند.
Evidence & guidelines
این حوزه از طریق بررسیهای تأثیرگذار که تکامل پلتفرم را ردیابی میکنند، مستند شده است: Metzker (2010)، Reuter و همکاران (2015)، و Goodwin و همکاران (2016) برای چشمانداز گسترده، و Wang و همکاران (2021) به طور خاص برای توالییابی نانوپور؛ Bentley و همکاران (2008) یک گزارش اولیه بنیادی در مورد خوانش کوتاه است.
History
پس از سه دهه تسلط توالییابی سنگر، پلتفرمهای تجاری موازی انبوه در اواسط دهه 2000 ظهور کردند، با توالییابی با سنتز با خوانش کوتاه و پایاندهنده برگشتپذیر که در سال 2008 در مقیاس کل ژنوم به نمایش گذاشته شد. در طول دهه بعدی، توان عملیاتی افزایش یافت و هزینهها به شدت کاهش یافت، در حالی که پلتفرمهای تکمولکولی با خوانش بلند (توالییابی تکمولکولی در زمان واقعی و نانوپور) برای رفع محدودیتهای طول خوانشهای کوتاه به بلوغ رسیدند.
Key figures
- Michael Metzker
- Michael Snyder
- W. Richard McCombie
- David Bentley
Related topics
Seminal works
- metzker-2009
- goodwin-2016
- wang-2021
Frequently asked questions
- توالییابی نسل جدید چه چیزی را نسبت به توالییابی سنگر اضافه میکند؟
- این فناوری میلیونها تا میلیاردها قطعه را به صورت موازی میخواند به جای یک به یک، که توان عملیاتی را چندین مرتبه افزایش داده و هزینه را کاهش میدهد، و مطالعات کل ژنوم و در مقیاس جمعیتی را عملی میسازد.
- بدهبستان اصلی بین توالییابی خوانش کوتاه و خوانش بلند چیست؟
- خوانشهای کوتاه معمولاً بسیار دقیق هستند اما برای پوشش تکرارهای طولانی بسیار کوتاهند، در حالی که خوانشهای بلند مناطق تکراری و پیچیده ساختاری را پوشش میدهند اما از لحاظ تاریخی نرخ خطای بالاتری به ازای هر باز داشتهاند.