Fra første-generations-sekventering til tredje-generations-sekventering:Gensekventeringsteknologiens udvikling og gennembrud

I udviklingen af ​​gensekventeringsteknologi, hver iteration fra første generations sekvensering til tredje generation sekventering har medført betydelige ændringer. I dag, lad os tage et detaljeret kig på de vigtigste forskelle mellem disse tre sekventeringsteknologier.

1. Første generations sekvensering: Den klassiske Sanger Sequencing

Princip og metode

Første generations sekventering, også kendt som Sanger-sekventering, er den tidligste DNA-sekventeringsteknologi. Dens kerneprincip er kædetermineringsmetoden, hvilket involverer at introducere ddNTP'er(dideoxynukleotider) mærket med forskellige fluorescerende markører under DNA-synteseprocessen for at afslutte forlængelsen af ​​kæden, hvorved DNA-sekvensen bestemmes. Selvom denne metode er præcis, den har en lav gennemstrømning, hvor kun ét DNA-fragment sekventeres ad gangen.

• Fordele og ulemper

Fordele: Lang sekvenslængde, op til 1000 bp; omkostningseffektiv og hurtig ekspedition, velegnet til prøveundersøgelser med lav gennemstrømning; relativt lave instrumentomkostninger; i stand til nøjagtigt at detektere basevariationer inden for 800 bp af DNA-sekvenser; høj nøjagtighed, med en omhyggelig proces og flere kvalitetskontroltrin, gør den mindre tilbøjelig til forurening og giver visuelt intuitive sekventeringsresultater.

Ulemper: Lav sekventeringsgennemstrømning, med kun én sekvens opnået pr. reaktion; relativt høje omkostninger for sekventering i stor skala; vanskeligheder med at detektere høj GC og gentagne sekvensregioner; manglende evne til at opdage store fragmentsletninger og kopiantal variationer, blandt andre typer genmutationer.

• Anvendelse

Første generations sekventering har en bred vifte af anvendelser inden for biologisk forskning, såsom genomik, proteomik, sygdomsforskning, artsidentifikation, og systematiske evolutionsstudier, samt befolkningsgenetik. Derudover, på grund af dens høje nøjagtighed og lave falsk-positive rate, det betragtes stadig den dag i dag som guldstandarden for gendetektion.

2. Anden generations sekvensering: Rise of High-Throughput Sequencing

• Princip og metode

Anden generation sekventering, også kendt som high-throughput sekventering, dukkede op omkring 2005. Dets grundlæggende princip involverer parallel sekventering af flere DNA-fragmenter, som er forbundet med bestemte stillinger gennem en fast metode(såsom fast-fase understøtninger eller mikroperler). Sekvenserne læses derefter synkront ved hjælp af en sekventerings-ved-syntese-metode. Hver introduceret base genererer et detekterbart signal, og gennem indsamling og behandling af et stort antal parallelle signaler, den komplette sekvensinformation er samlet. Almindelige andengenerations sekventeringsplatforme inkluderer Illumina, 454 sekventering, og Ion Torrent-sekventering.

• Fordele og ulemper

Fordele: Høj gennemstrømning, i stand til at fuldføre storskala genomsekventering på kort tid; omkostningseffektiv, reduktion af omkostningerne ved fuldstændig human genomsekventering fra hundredvis af millioner af dollars med førstegenerationssekventering til tusindvis af dollars, og afkortning af sekventeringstiden fra år til uger eller endda dage.

Ulemper: Korte læselængder, typisk mellem 100 og 300 bp, hvilket ikke er ideelt til sekventering af visse komplekse genomiske regioner(såsom gentagne sekvenser eller områder med mange strukturelle variationer).

• Anvendelse

Den udbredte anvendelse af anden generations sekventering har drevet udviklingen af ​​personlig medicin, cancer genomik, og genomredigering. Dens anvendelser i sygdomsforebyggelse, diagnose, og behandling bliver stadig mere udbredt, især inden for tumorer, genetiske sygdomme, og prænatal screening, hvor det er blevet et vigtigt diagnostisk værktøj.

3. Tredje generations sekvensering: Gennembrud i Long-Read og Single-Molecule Sequencing

• Princip og metode

Tredje generations sekventeringsteknologier, repræsenteret ved Single-Molecule Real-Time(SMRT) sekventering og nanopore-sekventering, har overvundet begrænsningerne for kort læselængde ved anden generations sekventering og kan give langlæsefunktioner, signifikant forbedring af evnen til at parse komplekse genomiske regioner.

Enkeltmolekyle i realtid(SMRT) Sekvensering: Udviklet af Pacific Biosciences(PacBio), denne metode detekterer synteseprocessen af ​​et enkelt DNA-molekyle i en pore på nanoskala for at opnå sekventering i realtid. Tilsætningen af ​​hver base frigiver et specifikt fluorescerende signal, og ved at fange disse signaler i realtid, forskere kan opnå kontinuerlige sekvenser af tusinder eller endda titusinder af baser.

Nanopore-sekventering: Udviklet af Oxford Nanopore Technologies, denne metode udnytter biologiske porer i nanoskala. Da DNA-molekyler trækkes gennem porerne én efter én, ændringerne i strøm, de forårsager, måles. Forskellige baser producerer forskellige strømsignaler, dermed dechifrere rækkefølgen. En væsentlig fordel ved nanopore-sekventering er dens evne til at læse ekstremt lange DNA-fragmenter, potentielt dækker hele kromosomer.

• Fordele og ulemper

Fordele: Mulighed for langlæsning, i stand til at læse titusindvis eller endda hundredtusindvis af baser i en kontinuerlig sekvens, i høj grad forbedre evnen til at analysere komplekse genomer;enkelt-molekyle sekventering, eliminerer behovet for PCR-amplifikation og undgår skævheder og fejl, der kan opstå under amplifikationsprocessen; sekventering i realtid, med nanopore-sekventering, der tilbyder hurtige funktioner i realtid, gør det muligt at indhente data til enhver tid under sekventeringsprocessen, hvilket er vigtigt for hurtig diagnosticering og biologiske nødanvendelser.

Ulemper: Nøjagtighed er lidt ringere end anden generations sekventering, og omkostningerne er relativt høje. Imidlertid, med løbende teknologiske fremskridt, nøjagtigheden af ​​tredje generations sekventering bliver gradvist bedre.

• Anvendelse

Tredje generations sekventering udmærker sig ved detektion af strukturel variation, hel-genom samling, og transkriptom-sekventering, yderligere at udvide grænserne for genomforskning.

Fra første generations sekventering til tredje generation sekventering, hvert fremskridt inden for gensekventeringsteknologi har bragt nye muligheder til biovidenskab og medicinsk forskning. Mens første generations sekventering er præcis, men begrænset i gennemløb, anden generations sekventering, med sin høje gennemstrømning og lave omkostninger, er blevet den nuværende mainstream-teknologi. Tredje generations sekventering, gennem dets langlæste og enkelt-molekyle sekventeringsmuligheder, udfylder hullerne efter de to foregående generationer, give nye værktøjer til undersøgelse af komplekse genomer. Som teknologien fortsætter med at iterere og udvikle sig, anvendelsesmulighederne for gensekventering inden for områder som medicin, landbrug, og økologi bliver mere og mere bredt.

Leverandør

Shanghai Lingjun Biotechnology Co., Ltd.blev etableret i 2016 som er en professionel producent af biomagnetiske materialer og nukleinsyreekstraktionsreagenser.

Vi har stor erfaring med udvinding og oprensning af nukleinsyre, proteinoprensning, celleadskillelse, kemiluminescens, og andre tekniske områder.

Vores produkter er meget udbredt inden for mange områder, såsom medicinsk test, genetisk testning, universitetsforskning, genetisk avl, og så videre. Vi leverer ikke kun produkter, men kan også påtage os OEM, ODM, og andre behov. Hvis du har et relateret behov, er du velkommen til at kontakte os .