Du séquençage de première génération au séquençage de troisième génération:L'évolution et les percées de la technologie de séquençage génétique

Dans le développement de la technologie de séquençage des gènes, chaque itération du séquençage de première génération au séquençage de troisième génération a apporté des changements significatifs. Aujourd'hui, Examinons en détail les principales différences entre ces trois technologies de séquençage.

1. Séquençage de première génération: Le séquençage classique de Sanger

Principe et méthode

Séquençage de première génération, également connu sous le nom de séquençage de Sanger, est la première technologie de séquençage de l'ADN. Son principe de base est la méthode de terminaison de chaîne, ce qui implique l'introduction de ddNTP(didésoxynucléotides) marqué avec différents marqueurs fluorescents pendant le processus de synthèse de l'ADN pour terminer l'extension de la chaîne, déterminant ainsi la séquence d'ADN. Bien que cette méthode soit précise, il a un faible débit, avec un seul fragment d'ADN séquencé à la fois.

• Avantages et inconvénients

Avantages: Longue durée de séquençage, jusqu'à 1000 pb; un délai d'exécution rentable et rapide, adapté à la recherche d'échantillons à faible débit; coût de l'instrument relativement faible; capable de détecter avec précision les variations de bases dans 800 pb de séquences d'ADN; haute précision, avec un processus méticuleux et de multiples étapes de contrôle qualité, le rendant moins sujet à la contamination et fournissant des résultats de séquençage visuellement intuitifs.

Inconvénients: Faible débit de séquençage, avec une seule séquence obtenue par réaction; coût relativement élevé pour le séquençage à grande échelle; difficulté à détecter des régions à GC élevée et à séquence répétitive; incapacité à détecter les suppressions de fragments volumineux et les variations du nombre de copies, entre autres types de mutations génétiques.

• Application

Le séquençage de première génération a un large éventail d’applications dans la recherche biologique, comme la génomique, protéomique, recherche sur les maladies, identification des espèces, et études d'évolution systématiques, ainsi que la génétique des populations. En plus, en raison de sa grande précision et de son faible taux de faux positifs, il est encore aujourd’hui considéré comme la référence en matière de détection génétique.

2. Séquençage de deuxième génération: L’essor du séquençage à haut débit

• Principe et méthode

Séquençage de deuxième génération, également connu sous le nom de séquençage à haut débit, émergé autour 2005. Son principe de base implique le séquençage parallèle de plusieurs fragments d'ADN, qui sont connectés à des positions spécifiques via une méthode fixe(tels que des supports en phase solide ou des microbilles). Les séquences sont ensuite lues de manière synchrone grâce à une méthode de séquençage par synthèse. Chaque base introduite génère un signal détectable, et grâce à la collecte et au traitement d'un grand nombre de signaux parallèles, les informations complètes sur la séquence sont assemblées. Les plates-formes courantes de séquençage de deuxième génération incluent Illumina, 454 séquençage, et séquençage Ion Torrent.

• Avantages et inconvénients

Avantages: Débit élevé, capable de réaliser un séquençage du génome à grande échelle en peu de temps; rentable, réduire le coût du séquençage complet du génome humain de plusieurs centaines de millions de dollars avec celui du séquençage de première génération à des milliers de dollars, et raccourcir le temps de séquençage d'années en semaines, voire en jours.

Inconvénients: Lectures courtes, généralement entre 100 et 300 pb, ce qui n'est pas idéal pour séquencer certaines régions génomiques complexes(telles que des séquences répétitives ou des régions présentant de nombreuses variations structurelles).

• Application

L’application généralisée du séquençage de deuxième génération a stimulé le développement de la médecine personnalisée, génomique du cancer, et édition du génome. Ses applications dans la prévention des maladies, diagnostic, et les traitements sont de plus en plus répandus, notamment dans les domaines des tumeurs, maladies génétiques, et dépistage prénatal, où il est devenu un outil de diagnostic important.

3. Séquençage de troisième génération: Percées dans le séquençage à lecture longue et à molécule unique

• Principe et méthode

Technologies de séquençage de troisième génération, représenté par une molécule unique en temps réel(SMRT) séquençage et séquençage des nanopores, ont surmonté les limitations de lecture courte du séquençage de deuxième génération et peuvent fournir des capacités de lecture longue, améliorant considérablement la capacité à analyser des régions génomiques complexes.

Temps réel à molécule unique(SMRT) Séquençage: Développé par Pacific Biosciences(PacBio), cette méthode détecte le processus de synthèse d'une seule molécule d'ADN dans un pore à l'échelle nanométrique pour réaliser un séquençage en temps réel. L'ajout de chaque base libère un signal fluorescent spécifique, et en capturant ces signaux en temps réel, les chercheurs peuvent obtenir des séquences continues de milliers, voire de dizaines de milliers de bases.

Séquençage des nanopores: Développé par Oxford Nanopore Technologies, cette méthode utilise des pores biologiques à l'échelle nanométrique. Alors que les molécules d’ADN sont tirées une à une à travers les pores, les changements de courant qu'ils provoquent sont mesurés. Différentes bases produisent différents signaux de courant, déchiffrant ainsi la séquence. Un avantage significatif du séquençage des nanopores est sa capacité à lire des fragments d'ADN extrêmement longs, couvrant potentiellement des chromosomes entiers.

• Avantages et inconvénients

Avantages: Capacité de lecture longue, capable de lire des dizaines de milliers, voire des centaines de milliers de bases dans une séquence continue, améliorant considérablement la capacité à analyser des génomes complexes;séquençage d'une seule molécule, éliminant le besoin d'amplification PCR et évitant les biais et les erreurs pouvant survenir pendant le processus d'amplification; séquençage en temps réel, avec séquençage des nanopores offrant des fonctionnalités rapides et en temps réel, permettant d'obtenir des données à tout moment pendant le processus de séquençage, ce qui est important pour le diagnostic rapide et les applications biologiques d’urgence.

Inconvénients: La précision est légèrement inférieure au séquençage de deuxième génération, et le coût est relativement élevé. Cependant, avec des progrès technologiques continus, la précision du séquençage de troisième génération s’améliore progressivement.

• Application

Le séquençage de troisième génération excelle dans la détection des variations structurelles, assemblage du génome entier, et séquençage du transcriptome, repousser encore les limites de la recherche génomique.

Du séquençage de première génération au séquençage de troisième génération, chaque progrès dans la technologie de séquençage génétique a apporté de nouvelles opportunités aux sciences de la vie et à la recherche médicale. Alors que le séquençage de première génération est précis mais limité en débit, séquençage de deuxième génération, avec son débit élevé et son faible coût, est devenue la technologie dominante actuelle. Séquençage de troisième génération, grâce à ses capacités de séquençage de molécules uniques et à lecture longue, comble les vides laissés par les deux générations précédentes, fournir de nouveaux outils pour l’étude des génomes complexes. Alors que la technologie continue d’itérer et de progresser, les perspectives d’application du séquençage des gènes dans des domaines tels que la médecine, agriculture, et l'écologie prennent de plus en plus d'ampleur.

Fournisseur

Société de biotechnologie Shanghai Lingjun., Ltd.a été établi en 2016 qui est un fabricant professionnel de matériaux biomagnétiques et de réactifs d'extraction d'acide nucléique.

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