Von der Sequenzierung der ersten Generation zur Sequenzierung der dritten Generation:Die Entwicklung und Durchbrüche der Gensequenzierungstechnologie

Bei der Entwicklung der Gensequenzierungstechnologie, Jede Iteration von der Sequenzierung der ersten Generation zur Sequenzierung der dritten Generation hat erhebliche Veränderungen mit sich gebracht. Heute, Werfen wir einen detaillierten Blick auf die Hauptunterschiede zwischen diesen drei Sequenzierungstechnologien.

1. Sequenzierung der ersten Generation: Die klassische Sanger-Sequenzierung

Prinzip und Methode

Sequenzierung der ersten Generation, auch bekannt als Sanger-Sequenzierung, ist die älteste DNA-Sequenzierungstechnologie. Sein Kernprinzip ist die Kettenabbruchmethode, Dazu gehört die Einführung von ddNTPs(Didesoxynukleotide) während des DNA-Syntheseprozesses mit verschiedenen Fluoreszenzmarkern markiert, um die Verlängerung der Kette zu beenden, Dadurch wird die DNA-Sequenz bestimmt. Obwohl diese Methode präzise ist, es hat einen geringen Durchsatz, Dabei wird jeweils nur ein DNA-Fragment sequenziert.

• Vor- und Nachteile

Vorteile: Lange Sequenzierungslänge, bis zu 1000 bp; kostengünstige und schnelle Abwicklung, Geeignet für die Probenforschung mit geringem Durchsatz; relativ niedrige Instrumentenkosten; ist in der Lage, Basenvariationen innerhalb von 800 bp von DNA-Sequenzen genau zu erkennen; hohe Genauigkeit, mit einem sorgfältigen Prozess und mehreren Qualitätskontrollschritten, Dies macht es weniger anfällig für Kontaminationen und liefert visuell intuitive Sequenzierungsergebnisse.

Nachteile: Niedriger Sequenzierungsdurchsatz, wobei pro Reaktion nur eine Sequenz erhalten wird; relativ hohe Kosten für groß angelegte Sequenzierung; Schwierigkeiten bei der Erkennung von Regionen mit hohem GC und repetitiven Sequenzen; Unfähigkeit, große Fragmentlöschungen und Variationen der Kopienanzahl zu erkennen, unter anderen Arten von Genmutationen.

• Anwendung

Die Sequenzierung der ersten Generation hat ein breites Anwendungsspektrum in der biologischen Forschung, wie zum Beispiel Genomik, Proteomik, Krankheitsforschung, Artenidentifikation, und systematische Evolutionsstudien, sowie Populationsgenetik. Zusätzlich, aufgrund seiner hohen Genauigkeit und geringen Falsch-Positiv-Rate, Es gilt bis heute als Goldstandard für die Generkennung.

2. Sequenzierung der zweiten Generation: Der Aufstieg der Hochdurchsatzsequenzierung

• Prinzip und Methode

Sequenzierung der zweiten Generation, wird auch als Hochdurchsatzsequenzierung bezeichnet, tauchte herum 2005. Sein Grundprinzip besteht in der parallelen Sequenzierung mehrerer DNA-Fragmente, die durch eine feste Methode mit bestimmten Positionen verbunden sind(wie Festphasenträger oder Mikrokügelchen). Die Sequenzen werden dann synchron mit einem Sequencing-by-Synthetic-Verfahren gelesen. Jede eingeführte Base erzeugt ein nachweisbares Signal, und durch die Sammlung und Verarbeitung einer großen Anzahl paralleler Signale, Die vollständigen Sequenzinformationen werden zusammengestellt. Zu den gängigen Sequenzierungsplattformen der zweiten Generation gehört Illumina, 454 Sequenzierung, und Ion Torrent-Sequenzierung.

• Vor- und Nachteile

Vorteile: Hoher Durchsatz, ist in der Lage, eine groß angelegte Genomsequenzierung in kurzer Zeit durchzuführen; kostengünstig, Reduzierung der Kosten für die vollständige Sequenzierung des menschlichen Genoms von Hunderten Millionen Dollar bei der Sequenzierung der ersten Generation auf Tausende Dollar, und Verkürzung der Sequenzierungszeit von Jahren auf Wochen oder sogar Tage.

Nachteile: Kurze Leselängen, typischerweise zwischen 100 Und 300 bp, Dies ist nicht ideal für die Sequenzierung bestimmter komplexer Genomregionen(wie repetitive Sequenzen oder Regionen mit vielen strukturellen Variationen).

• Anwendung

Die weit verbreitete Anwendung der Sequenzierung der zweiten Generation hat die Entwicklung der personalisierten Medizin vorangetrieben, Krebsgenomik, und Genombearbeitung. Seine Anwendungen in der Krankheitsprävention, Diagnose, und Behandlung werden immer weiter verbreitet, insbesondere im Bereich Tumore, genetische Erkrankungen, und vorgeburtliches Screening, wo es zu einem wichtigen Diagnoseinstrument geworden ist.

3. Sequenzierung der dritten Generation: Durchbrüche in der Long-Read- und Einzelmolekülsequenzierung

• Prinzip und Methode

Sequenzierungstechnologien der dritten Generation, dargestellt durch Single-Molecule Real-Time(SMRT) Sequenzierung und Nanoporensequenzierung, haben die Einschränkungen der kurzen Leselänge der Sequenzierung der zweiten Generation überwunden und können Funktionen für lange Lesevorgänge bereitstellen, Dadurch wird die Fähigkeit, komplexe Genomregionen zu analysieren, erheblich verbessert.

Einzelmolekül-Echtzeit(SMRT) Sequenzierung: Entwickelt von Pacific Biosciences(PacBio), Diese Methode erkennt den Syntheseprozess eines einzelnen DNA-Moleküls in einer nanoskaligen Pore, um eine Echtzeitsequenzierung zu erreichen. Die Zugabe jeder Base löst ein spezifisches Fluoreszenzsignal aus, und indem diese Signale in Echtzeit erfasst werden, Forscher können kontinuierliche Sequenzen von Tausenden oder sogar Zehntausenden von Basen erhalten.

Nanoporensequenzierung: Entwickelt von Oxford Nanopore Technologies, Diese Methode nutzt nanoskalige biologische Poren. Dabei werden DNA-Moleküle nacheinander durch die Poren gezogen, Die dadurch verursachten Stromänderungen werden gemessen. Unterschiedliche Basen erzeugen unterschiedliche Stromsignale, So entschlüsseln Sie die Sequenz. Ein wesentlicher Vorteil der Nanoporensequenzierung ist die Fähigkeit, extrem lange DNA-Fragmente zu lesen, möglicherweise ganze Chromosomen bedeckend.

• Vor- und Nachteile

Vorteile: Lange Lesefähigkeit, ist in der Lage, Zehntausende oder sogar Hunderttausende Basen in einer kontinuierlichen Sequenz zu lesen, Dadurch wird die Fähigkeit, komplexe Genome zu analysieren, erheblich verbessert;Einzelmolekülsequenzierung, Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer PCR-Amplifikation und es werden Vorurteile und Fehler vermieden, die während des Amplifikationsprozesses auftreten können; Echtzeit-Sequenzierung, mit Nanoporensequenzierung, die schnelle und Echtzeitfunktionen bietet, So können jederzeit während des Sequenzierungsprozesses Daten abgerufen werden, Dies ist für die schnelle Diagnose und biologische Notfallanwendungen von Bedeutung.

Nachteile: Die Genauigkeit ist etwas schlechter als bei der Sequenzierung der zweiten Generation, und die Kosten sind relativ hoch. Jedoch, mit kontinuierlicher technologischer Weiterentwicklung, Die Genauigkeit der Sequenzierung der dritten Generation verbessert sich allmählich.

• Anwendung

Die Sequenzierung der dritten Generation zeichnet sich durch die Erkennung struktureller Variationen aus, Zusammenbau des gesamten Genoms, und Transkriptomsequenzierung, die Grenzen der Genomforschung weiter zu erweitern.

Von der Sequenzierung der ersten Generation zur Sequenzierung der dritten Generation, Jeder Fortschritt in der Gensequenzierungstechnologie hat den Biowissenschaften und der medizinischen Forschung neue Möglichkeiten eröffnet. Die Sequenzierung der ersten Generation ist zwar präzise, ​​aber im Durchsatz begrenzt, Sequenzierung der zweiten Generation, mit seinem hohen Durchsatz und niedrigen Kosten, ist zur aktuellen Mainstream-Technologie geworden. Sequenzierung der dritten Generation, durch seine Long-Read- und Einzelmolekül-Sequenzierungsfunktionen, füllt die Lücken, die die beiden vorherigen Generationen hinterlassen haben, Bereitstellung neuer Werkzeuge für die Untersuchung komplexer Genome. Während sich die Technologie immer weiter entwickelt und weiterentwickelt, die Anwendungsaussichten der Gensequenzierung in Bereichen wie der Medizin, Landwirtschaft, und Ökologie werden immer umfassender.

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Shanghai Lingjun Biotechnology Co., Ltd.wurde gegründet in 2016 Das ist ein professioneller Hersteller von biomagnetischen Materialien und Nukleinsäure-Extraktionsreagenzien.

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