次世代シーケンシング技術

次世代シーケンシング（NGS）は、ハイスループットシーケンシングまたはマッシブパラレルシーケンシングとも呼ばれ、数百万から数十億のDNA断片を同時に読み取るプラットフォームを指し、一度に1つのリードしか得られないサンガー法に取って代わりました。これらの技術により、シーケンシングのコストは桁違いに低下し、全ゲノム、エクソーム、トランスクリプトームの研究が日常的に行われるようになりました。

Definition

次世代シーケンシング技術は、サンガーシーケンシングの逐次的な電気泳動による読み取りとは対照的に、非常に多数のDNA断片を並行して読み取ることによってヌクレオチド配列を決定し、低い塩基あたりのコストでハイスループットデータをもたらすプラットフォームです。

Scope

本項目では、ショートリードのシーケンシング・バイ・シンセシスや、ナノポアおよびシングル分子リアルタイムシーケンシングのようなロングリードのシングル分子アプローチを含む、ハイスループットプラットフォームの系統、それらを区別するリード長と精度間のトレードオフ、およびゲノミクスの規模への影響について概観します。これは方法論的な概要であり、購入や臨床検査の決定のための比較ではありません。

Core questions

• 次世代シーケンシングは、以前のサンガーシーケンシングとどのように区別されますか？
• ショートリードとロングリードのプラットフォームは、リード長、精度、およびアプリケーションにおいてどのように異なりますか？
• ハイスループットシーケンシングは、ゲノミクスの規模とコストをどのように変えましたか？

Key concepts

• マッシブパラレルシーケンシング
• シーケンシング・バイ・シンセシス
• ショートリード対ロングリードプラットフォーム
• シングル分子リアルタイムシーケンシング
• ナノポアシーケンシング
• リード長と塩基あたりの精度間のトレードオフ
• 塩基あたりのコスト

Mechanisms

ハイスループットプラットフォームは、膨大な数のDNA断片を一度に固定化して読み取ります。ショートリードのシーケンシング・バイ・シンセシスは、可逆的ターミネーターをしばしば使用して、各塩基が取り込まれる際にそれを検出し、短いが非常に正確なリードを生成します。ロングリードのアプローチは、シングル分子をリアルタイムで、またはナノポアを通過する際に読み取り、反復領域や構造的に複雑な領域をカバーするはるかに長いリードを生成しますが、塩基あたりのエラー率はやや高くなります。プラットフォームの選択は、分析目標に応じて、リード長、精度、スループット、およびコスト間のトレードオフを反映します。

Clinical relevance

次世代シーケンシングは、現代のゲノム研究および臨床ゲノミクスの主力であり、バリアント検出から病原体およびがんゲノミクスまであらゆることを可能にします。本項目は、参照資料として技術とそのトレードオフを説明するものであり、個々の使用のために特定のプラットフォームや検査を推奨するものではありません。

Evidence & guidelines

この分野は、プラットフォームの進化をたどる影響力のあるレビューによって文書化されています。広範な概観についてはMetzker (2010)、Reuter et al. (2015)、Goodwin et al. (2016)が、ナノポアシーケンシングに特化したものとしてはWang et al. (2021)があります。Bentley et al. (2008)は、ショートリードの基礎的な一次報告です。

History

サンガーシーケンシングが30年間支配した後、2000年代半ばに商用のマッシブパラレルプラットフォームが登場し、2008年には可逆的ターミネーターを用いたショートリードシーケンシングが全ゲノム規模で実証されました。その後の10年間でスループットは向上し、コストは急激に低下しました。一方、シングル分子ロングリードプラットフォーム（シングル分子リアルタイムおよびナノポアシーケンシング）は、ショートリードのリード長制限に対処するために成熟しました。

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

次世代シーケンシングはサンガーシーケンシングに加えて何をもたらしますか？

一度に1つの断片を読み取るのではなく、数百万から数十億の断片を並行して読み取るため、スループットが何桁も向上し、コストが低下します。これにより、全ゲノムおよび集団規模の研究が実用的になります。

ショートリードシーケンシングとロングリードシーケンシングの主なトレードオフは何ですか？

ショートリードは通常、非常に正確ですが、長い反復配列をカバーするには短すぎます。一方、ロングリードは反復領域や構造的に複雑な領域をカバーしますが、歴史的に塩基あたりのエラー率が高い傾向がありました。