पहली पीढ़ी के अनुक्रमण से लेकर तीसरी पीढ़ी के अनुक्रमण तक:जीन अनुक्रमण प्रौद्योगिकी का विकास और सफलताएँ

जीन अनुक्रमण प्रौद्योगिकी के विकास में, पहली पीढ़ी के अनुक्रमण से तीसरी पीढ़ी के अनुक्रमण तक प्रत्येक पुनरावृत्ति ने महत्वपूर्ण परिवर्तन लाए हैं. आज, आइए इन तीन अनुक्रमण प्रौद्योगिकियों के बीच मुख्य अंतरों पर एक विस्तृत नज़र डालें.

1. पहली पीढ़ी का अनुक्रमण: क्लासिक सेंगर अनुक्रमण

सिद्धांत एवं विधि

पहली पीढ़ी का अनुक्रमण, सेंगर अनुक्रमण के रूप में भी जाना जाता है, सबसे प्रारंभिक डीएनए अनुक्रमण तकनीक है. इसका मूल सिद्धांत श्रृंखला समाप्ति विधि है, जिसमें ddNTPs शुरू करना शामिल है(डाइडोक्सीन्यूक्लियोटाइड्स) श्रृंखला के विस्तार को समाप्त करने के लिए डीएनए संश्लेषण प्रक्रिया के दौरान विभिन्न फ्लोरोसेंट मार्करों के साथ लेबल किया गया, जिससे डीएनए अनुक्रम का निर्धारण होता है. हालाँकि यह तरीका सटीक है, इसका थ्रूपुट कम है, एक समय में केवल एक डीएनए टुकड़े को अनुक्रमित किया जाता है.

• फायदे और नुकसान

लाभ: लंबी अनुक्रमण लंबाई, तक 1000 बीपी; लागत प्रभावी और तेज़ बदलाव, कम-थ्रूपुट नमूना अनुसंधान के लिए उपयुक्त; अपेक्षाकृत कम उपकरण लागत; डीएनए अनुक्रमों के 800 बीपी के भीतर आधार भिन्नताओं का सटीक पता लगाने में सक्षम; उच्च सटीकता, एक सावधानीपूर्वक प्रक्रिया और कई गुणवत्ता नियंत्रण चरणों के साथ, इससे संदूषण का खतरा कम हो जाता है और दृश्यात्मक सहज अनुक्रमण परिणाम मिलते हैं.

नुकसान: कम अनुक्रमण थ्रूपुट, प्रति प्रतिक्रिया केवल एक अनुक्रम प्राप्त होता है; बड़े पैमाने पर अनुक्रमण के लिए अपेक्षाकृत उच्च लागत; उच्च जीसी और दोहराव अनुक्रम क्षेत्रों का पता लगाने में कठिनाई; बड़े टुकड़े हटाने और संख्या भिन्नताओं की प्रतिलिपि बनाने में असमर्थता, अन्य प्रकार के जीन उत्परिवर्तन के बीच.

• आवेदन

पहली पीढ़ी के अनुक्रमण में जैविक अनुसंधान में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है, जैसे जीनोमिक्स, प्रोटिओमिक्स, रोग अनुसंधान, प्रजाति की पहचान, और व्यवस्थित विकास अध्ययन, साथ ही जनसंख्या आनुवंशिकी. इसके अतिरिक्त, इसकी उच्च सटीकता और कम झूठी-सकारात्मक दर के कारण, इसे आज भी जीन का पता लगाने के लिए स्वर्ण मानक माना जाता है.

2. दूसरी पीढ़ी का अनुक्रमण: उच्च-थ्रूपुट अनुक्रमण का उदय

• सिद्धांत एवं विधि

दूसरी पीढ़ी का अनुक्रमण, इसे उच्च-थ्रूपुट अनुक्रमण के रूप में भी जाना जाता है, चारों ओर उभरा 2005. इसके मूल सिद्धांत में कई डीएनए टुकड़ों का समानांतर अनुक्रमण शामिल है, जो एक निश्चित विधि से विशिष्ट स्थानों से जुड़े होते हैं(जैसे कि ठोस-चरण समर्थन या माइक्रोबीड्स). फिर अनुक्रमों को अनुक्रमण-दर-संश्लेषण विधि का उपयोग करके समकालिक रूप से पढ़ा जाता है. प्रस्तुत किया गया प्रत्येक आधार एक पता लगाने योग्य संकेत उत्पन्न करता है, और बड़ी संख्या में समानांतर संकेतों के संग्रह और प्रसंस्करण के माध्यम से, संपूर्ण अनुक्रम जानकारी इकट्ठी की जाती है. आम दूसरी पीढ़ी के अनुक्रमण प्लेटफार्मों में इलुमिना शामिल है, 454 अनुक्रमण, और आयन टोरेंट अनुक्रमण.

• फायदे और नुकसान

लाभ: उच्च थ्रूपुट, कम समय में बड़े पैमाने पर जीनोम अनुक्रमण पूरा करने में सक्षम; प्रभावी लागत, पहली पीढ़ी के अनुक्रमण के साथ संपूर्ण मानव जीनोम अनुक्रमण की लागत को करोड़ों डॉलर से घटाकर हजारों डॉलर कर दिया गया है, और अनुक्रमण समय को वर्षों से घटाकर सप्ताहों या दिनों तक कर दिया गया है.

नुकसान: कम पढ़ी गई लंबाई, आम तौर पर बीच में 100 और 300 बीपी, जो कुछ जटिल जीनोमिक क्षेत्रों के अनुक्रमण के लिए आदर्श नहीं है(जैसे दोहराव वाले अनुक्रम या कई संरचनात्मक विविधता वाले क्षेत्र).

• आवेदन

दूसरी पीढ़ी के अनुक्रमण के व्यापक अनुप्रयोग ने व्यक्तिगत चिकित्सा के विकास को प्रेरित किया है, कैंसर जीनोमिक्स, और जीनोम संपादन. रोग निवारण में इसका अनुप्रयोग, निदान, और उपचार तेजी से व्यापक होता जा रहा है, विशेषकर ट्यूमर के क्षेत्र में, आनुवंशिक रोग, और प्रसवपूर्व जांच, जहां यह एक महत्वपूर्ण निदान उपकरण बन गया है.

3. तीसरी पीढ़ी का अनुक्रमण: दीर्घ-पठन और एकल-अणु अनुक्रमण में सफलताएँ

• सिद्धांत एवं विधि

तीसरी पीढ़ी की अनुक्रमण प्रौद्योगिकियाँ, एकल-अणु वास्तविक समय द्वारा दर्शाया गया(एसएमआरटी) अनुक्रमण और नैनोपोर अनुक्रमण, दूसरी पीढ़ी के अनुक्रमण की लघु-पढ़ने-लंबाई की सीमाओं को पार कर लिया है और लंबी-पढ़ने की क्षमताएं प्रदान कर सकता है, जटिल जीनोमिक क्षेत्रों को पार्स करने की क्षमता में उल्लेखनीय वृद्धि करना.

एकल-अणु वास्तविक समय(एसएमआरटी) अनुक्रमण: पैसिफिक बायोसाइंसेज द्वारा विकसित(पैकबियो), यह विधि वास्तविक समय अनुक्रमण प्राप्त करने के लिए नैनोस्केल छिद्र में एकल डीएनए अणु की संश्लेषण प्रक्रिया का पता लगाती है. प्रत्येक आधार को जोड़ने से एक विशिष्ट फ्लोरोसेंट सिग्नल निकलता है, और वास्तविक समय में इन संकेतों को कैप्चर करके, शोधकर्ता हजारों या यहां तक ​​कि हजारों आधारों के निरंतर अनुक्रम प्राप्त कर सकते हैं.

नैनोपोर अनुक्रमण: ऑक्सफोर्ड नैनोपोर टेक्नोलॉजीज द्वारा विकसित, यह विधि नैनोस्केल जैविक छिद्रों का उपयोग करती है. जैसे डीएनए अणु एक-एक करके छिद्रों के माध्यम से खींचे जाते हैं, उनके द्वारा धारा में होने वाले परिवर्तनों को मापा जाता है. अलग-अलग आधार अलग-अलग वर्तमान सिग्नल उत्पन्न करते हैं, इस प्रकार अनुक्रम को समझना. नैनोपोर अनुक्रमण का एक महत्वपूर्ण लाभ इसकी अत्यंत लंबे डीएनए अंशों को पढ़ने की क्षमता है, संभावित रूप से संपूर्ण गुणसूत्रों को कवर करता है.

• फायदे और नुकसान

लाभ: लंबे समय तक पढ़ने की क्षमता, लगातार क्रम में हजारों या यहां तक ​​कि सैकड़ों-हजारों आधारों को पढ़ने में सक्षम, जटिल जीनोम को पार्स करने की क्षमता में काफी सुधार हुआ;एकल-अणु अनुक्रमण, पीसीआर प्रवर्धन की आवश्यकता को समाप्त करना और प्रवर्धन प्रक्रिया के दौरान होने वाले पूर्वाग्रहों और त्रुटियों से बचना; वास्तविक समय अनुक्रमण, नैनोपोर अनुक्रमण के साथ तीव्र और वास्तविक समय की सुविधाएँ प्रदान करता है, अनुक्रमण प्रक्रिया के दौरान किसी भी समय डेटा प्राप्त करने की अनुमति देना, जो त्वरित निदान और आपातकालीन जैविक अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है.

नुकसान: सटीकता दूसरी पीढ़ी के अनुक्रमण से थोड़ी कमतर है, और लागत अपेक्षाकृत अधिक है. तथापि, निरंतर तकनीकी प्रगति के साथ, तीसरी पीढ़ी के अनुक्रमण की सटीकता में धीरे-धीरे सुधार हो रहा है.

• आवेदन

तीसरी पीढ़ी का अनुक्रमण संरचनात्मक भिन्नता का पता लगाने में उत्कृष्ट है, संपूर्ण-जीनोम संयोजन, और प्रतिलेख अनुक्रमण, जीनोमिक अनुसंधान की सीमाओं का और विस्तार करना.

पहली पीढ़ी के अनुक्रमण से लेकर तीसरी पीढ़ी के अनुक्रमण तक, जीन अनुक्रमण प्रौद्योगिकी में प्रत्येक प्रगति जीवन विज्ञान और चिकित्सा अनुसंधान के लिए नए अवसर लेकर आई है. जबकि पहली पीढ़ी का अनुक्रमण सटीक है लेकिन थ्रूपुट में सीमित है, दूसरी पीढ़ी का अनुक्रमण, इसकी उच्च थ्रूपुट और कम लागत के साथ, वर्तमान मुख्यधारा की तकनीक बन गई है. तीसरी पीढ़ी का अनुक्रमण, इसकी लंबे समय से पढ़ी जाने वाली और एकल-अणु अनुक्रमण क्षमताओं के माध्यम से, पिछली दो पीढ़ियों द्वारा छोड़े गए अंतराल को भरता है, जटिल जीनोम के अध्ययन के लिए नए उपकरण प्रदान करना. जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी पुनरावृत्त होती जा रही है और प्रगति कर रही है, चिकित्सा जैसे क्षेत्रों में जीन अनुक्रमण के अनुप्रयोग की संभावनाएँ, कृषि, और पारिस्थितिकी उत्तरोत्तर व्यापक होती जा रही है.

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