Dari Urutan Generasi Pertama hingga Urutan Generasi Ketiga:Evolusi dan Terobosan Teknologi Pengurutan Gen

Dalam perkembangan teknologi pengurutan gen, setiap iterasi dari sekuensing generasi pertama hingga sekuensing generasi ketiga telah membawa perubahan yang signifikan. Hari ini, mari kita lihat secara mendetail perbedaan utama antara ketiga teknologi pengurutan ini.

1. Urutan Generasi Pertama: Urutan Sanger Klasik

Prinsip dan Metode

Urutan generasi pertama, juga dikenal sebagai pengurutan Sanger, adalah teknologi pengurutan DNA paling awal. Prinsip intinya adalah metode terminasi rantai, yang melibatkan pengenalan ddNTPs(dideoksinukleotida) diberi label dengan penanda fluoresen yang berbeda selama proses sintesis DNA untuk menghentikan perpanjangan rantai, sehingga menentukan urutan DNA. Meskipun cara ini tepat, ini memiliki throughput yang rendah, dengan hanya satu fragmen DNA yang diurutkan pada satu waktu.

• Keuntungan dan Kerugian

Keuntungan: Panjang urutan yang panjang, hingga 1000 bp; penyelesaian yang cepat dan hemat biaya, cocok untuk penelitian sampel throughput rendah; biaya instrumen yang relatif rendah; mampu secara akurat mendeteksi variasi basa dalam 800 bp sekuens DNA; akurasi tinggi, dengan proses yang teliti dan beberapa langkah kontrol kualitas, membuatnya kurang rentan terhadap kontaminasi dan memberikan hasil pengurutan yang intuitif secara visual.

Kekurangan: Throughput pengurutan rendah, dengan hanya satu urutan yang diperoleh per reaksi; biaya yang relatif tinggi untuk pengurutan skala besar; kesulitan dalam mendeteksi GC tinggi dan wilayah urutan berulang; ketidakmampuan untuk mendeteksi penghapusan fragmen besar dan variasi jumlah salinan, di antara jenis mutasi gen lainnya.

• Aplikasi

Pengurutan generasi pertama memiliki beragam aplikasi dalam penelitian biologi, seperti genomik, proteomik, penelitian penyakit, identifikasi spesies, dan studi evolusi sistematis, serta genetika populasi. Selain itu, karena akurasinya yang tinggi dan tingkat positif palsu yang rendah, ini masih dianggap sebagai standar emas untuk deteksi gen hingga saat ini.

2. Urutan Generasi Kedua: Bangkitnya Urutan Throughput Tinggi

• Prinsip dan Metode

Urutan generasi kedua, juga dikenal sebagai pengurutan throughput tinggi, muncul di sekitar 2005. Prinsip dasarnya melibatkan pengurutan paralel beberapa fragmen DNA, yang terhubung ke posisi tertentu melalui metode tetap(seperti pendukung fase padat atau microbeads). Urutan tersebut kemudian dibaca secara sinkron menggunakan metode sequencing-by-synthesis. Setiap basis yang diperkenalkan menghasilkan sinyal yang dapat dideteksi, dan melalui pengumpulan dan pemrosesan sejumlah besar sinyal paralel, informasi urutan lengkap dikumpulkan. Platform pengurutan generasi kedua yang umum termasuk Illumina, 454 pengurutan, dan pengurutan Ion Torrent.

• Keuntungan dan Kerugian

Keuntungan: Throughput tinggi, mampu menyelesaikan pengurutan genom skala besar dalam waktu singkat; hemat biaya, mengurangi biaya pengurutan genom manusia secara lengkap dari ratusan juta dolar dengan pengurutan generasi pertama menjadi ribuan dolar, dan memperpendek waktu pengurutan dari tahun ke minggu atau bahkan hari.

Kekurangan: Panjang bacaan yang pendek, biasanya antara 100 Dan 300 bp, yang tidak ideal untuk mengurutkan wilayah genom kompleks tertentu(seperti barisan berulang atau daerah dengan banyak variasi struktur).

• Aplikasi

Meluasnya penerapan pengurutan generasi kedua telah mendorong pengembangan pengobatan yang dipersonalisasi, genomik kanker, dan pengeditan genom. Penerapannya dalam pencegahan penyakit, diagnosa, dan pengobatan menjadi semakin luas, terutama di bidang tumor, penyakit genetik, dan skrining prenatal, dimana hal ini telah menjadi alat diagnostik yang penting.

3. Urutan Generasi Ketiga: Terobosan dalam Pengurutan Molekul Baca Panjang dan Tunggal

• Prinsip dan Metode

Teknologi pengurutan generasi ketiga, diwakili oleh Molekul Tunggal Real-Time(SMRT) sekuensing dan sekuensing nanopori, telah mengatasi keterbatasan jangka pendek dari pengurutan generasi kedua dan dapat memberikan kemampuan membaca panjang, secara signifikan meningkatkan kemampuan untuk mengurai wilayah genom yang kompleks.

Molekul Tunggal Waktu Nyata(SMRT) Urutan: Dikembangkan oleh Biosains Pasifik(PacBio), metode ini mendeteksi proses sintesis molekul DNA tunggal dalam pori berskala nano untuk mencapai pengurutan waktu nyata. Penambahan setiap basa melepaskan sinyal fluoresen tertentu, dan dengan menangkap sinyal-sinyal ini secara real-time, peneliti dapat memperoleh rangkaian ribuan atau bahkan puluhan ribu basa secara terus menerus.

Urutan Nanopori: Dikembangkan oleh Oxford Nanopore Technologies, metode ini memanfaatkan pori-pori biologis berskala nano. Saat molekul DNA ditarik melalui pori-pori satu per satu, perubahan arus yang ditimbulkannya diukur. Basis yang berbeda menghasilkan sinyal arus yang berbeda, sehingga menguraikan urutannya. Keuntungan signifikan dari pengurutan nanopori adalah kemampuannya membaca fragmen DNA yang sangat panjang, berpotensi menutupi seluruh kromosom.

• Keuntungan dan Kerugian

Keuntungan: Kemampuan membaca panjang, mampu membaca puluhan ribu bahkan ratusan ribu basa secara berurutan, sangat meningkatkan kemampuan untuk mengurai genom kompleks;pengurutan molekul tunggal, menghilangkan kebutuhan amplifikasi PCR dan menghindari bias dan kesalahan yang mungkin terjadi selama proses amplifikasi; pengurutan waktu nyata, dengan pengurutan nanopore yang menawarkan fitur cepat dan real-time, memungkinkan data diperoleh kapan saja selama proses pengurutan, yang penting untuk diagnosis cepat dan aplikasi biologis darurat.

Kekurangan: Akurasinya sedikit lebih rendah daripada pengurutan generasi kedua, dan biayanya relatif tinggi. Namun, dengan kemajuan teknologi yang berkelanjutan, keakuratan pengurutan generasi ketiga secara bertahap meningkat.

• Aplikasi

Urutan generasi ketiga unggul dalam deteksi variasi struktural, perakitan seluruh genom, dan pengurutan transkriptome, semakin memperluas batas-batas penelitian genom.

Dari sequencing generasi pertama hingga sequencing generasi ketiga, setiap kemajuan dalam teknologi pengurutan gen telah membawa peluang baru bagi ilmu kehidupan dan penelitian medis. Meskipun pengurutan generasi pertama tepat tetapi throughputnya terbatas, urutan generasi kedua, dengan throughput yang tinggi dan biaya rendah, telah menjadi teknologi arus utama saat ini. Urutan generasi ketiga, melalui kemampuan membaca panjang dan mengurutkan molekul tunggal, mengisi kesenjangan yang ditinggalkan oleh dua generasi sebelumnya, menyediakan alat baru untuk mempelajari genom kompleks. Ketika teknologi terus berulang dan maju, prospek penerapan pengurutan gen di bidang-bidang seperti kedokteran, pertanian, dan ekologi menjadi semakin luas.

Pemasok

Shanghai Lingjun Bioteknologi Co., Ltd.didirikan pada 2016 yang merupakan produsen profesional bahan biomagnetik dan reagen ekstraksi asam nukleat.

Kami memiliki pengalaman yang kaya dalam ekstraksi dan pemurnian asam nukleat, pemurnian protein, pemisahan sel, kimialuminesensi, dan bidang teknis lainnya.

Produk kami banyak digunakan di berbagai bidang, misalnya tes kesehatan, pengujian genetik, penelitian universitas, pemuliaan genetik, dan sebagainya. Kami tidak hanya menyediakan produk tetapi juga dapat melakukan OEM, ODM, dan kebutuhan lainnya. Jika Anda memiliki kebutuhan terkait, jangan ragu untuk menghubungi kami .