Dal sequenziamento di prima generazione al sequenziamento di terza generazione:L'evoluzione e le scoperte della tecnologia di sequenziamento genetico

Nello sviluppo della tecnologia di sequenziamento genetico, ogni iterazione dal sequenziamento di prima generazione al sequenziamento di terza generazione ha comportato cambiamenti significativi. Oggi, diamo uno sguardo dettagliato alle principali differenze tra queste tre tecnologie di sequenziamento.

1. Sequenziamento di prima generazione: Il classico sequenziamento di Sanger

Principio e metodo

Sequenziamento di prima generazione, noto anche come sequenziamento Sanger, è la prima tecnologia di sequenziamento del DNA. Il suo principio fondamentale è il metodo di terminazione della catena, che prevede l'introduzione di ddNTP(dideossinucleotidi) marcati con diversi marcatori fluorescenti durante il processo di sintesi del DNA per terminare l'estensione della catena, determinando così la sequenza del DNA. Sebbene questo metodo sia preciso, ha un rendimento basso, con un solo frammento di DNA che viene sequenziato alla volta.

• Vantaggi e svantaggi

Vantaggi: Lunga durata del sequenziamento, fino a 1000 p.b; tempi di consegna economici e rapidi, adatto per la ricerca di campioni a bassa produttività; costo dello strumento relativamente basso; in grado di rilevare con precisione variazioni di basi entro 800 bp di sequenze di DNA; alta precisione, con un processo meticoloso e molteplici fasi di controllo qualità, rendendolo meno incline alla contaminazione e fornendo risultati di sequenziamento visivamente intuitivi.

Svantaggi: Basso throughput di sequenziamento, con una sola sequenza ottenuta per reazione; costo relativamente elevato per il sequenziamento su larga scala; difficoltà nel rilevare regioni con GC elevato e sequenze ripetitive; incapacità di rilevare eliminazioni di frammenti di grandi dimensioni e variazioni del numero di copie, tra gli altri tipi di mutazioni genetiche.

• Applicazione

Il sequenziamento di prima generazione ha una vasta gamma di applicazioni nella ricerca biologica, come la genomica, proteomica, ricerca sulle malattie, identificazione delle specie, e studi sistematici sull'evoluzione, così come la genetica delle popolazioni. Inoltre, grazie alla sua elevata precisione e al basso tasso di falsi positivi, è ancora oggi considerato il gold standard per il rilevamento dei geni.

2. Sequenziamento di seconda generazione: L'ascesa del sequenziamento ad alto rendimento

• Principio e metodo

Sequenziamento di seconda generazione, noto anche come sequenziamento ad alto rendimento, emerse intorno 2005. Il suo principio di base prevede il sequenziamento parallelo di più frammenti di DNA, che sono collegati a posizioni specifiche attraverso un metodo fisso(come supporti in fase solida o microsfere). Le sequenze vengono quindi lette in modo sincrono utilizzando un metodo di sequenziamento per sintesi. Ogni base introdotta genera un segnale rilevabile, e attraverso la raccolta e l'elaborazione di un gran numero di segnali paralleli, vengono assemblate le informazioni complete sulla sequenza. Le comuni piattaforme di sequenziamento di seconda generazione includono Illumina, 454 sequenziamento, e sequenziamento di Ion Torrent.

• Vantaggi e svantaggi

Vantaggi: Elevata produttività, in grado di completare il sequenziamento del genoma su larga scala in un breve periodo; conveniente, riducendo il costo del sequenziamento completo del genoma umano da centinaia di milioni di dollari con il sequenziamento di prima generazione a migliaia di dollari, e riducendo il tempo di sequenziamento da anni a settimane o addirittura giorni.

Svantaggi: Lunghezze di lettura brevi, tipicamente tra 100 E 300 p.b, che non è l'ideale per sequenziare alcune regioni genomiche complesse(come sequenze ripetitive o regioni con molte variazioni strutturali).

• Applicazione

L’applicazione diffusa del sequenziamento di seconda generazione ha guidato lo sviluppo della medicina personalizzata, genomica del cancro, e modifica del genoma. Le sue applicazioni nella prevenzione delle malattie, diagnosi, e il trattamento stanno diventando sempre più diffusi, soprattutto nel campo dei tumori, malattie genetiche, e screening prenatale, dove è diventato un importante strumento diagnostico.

3. Sequenziamento di terza generazione: Scoperte nel sequenziamento a lunga lettura e a molecola singola

• Principio e metodo

Tecnologie di sequenziamento di terza generazione, rappresentato da Single-Molecule Real-Time(SMRT) sequenziamento e sequenziamento dei nanopori, hanno superato i limiti di lettura breve del sequenziamento di seconda generazione e possono fornire funzionalità di lettura lunga, migliorando significativamente la capacità di analizzare regioni genomiche complesse.

Singola molecola in tempo reale(SMRT) Sequenziamento: Sviluppato da Pacific Biosciences(PacBio), questo metodo rileva il processo di sintesi di una singola molecola di DNA in un poro su scala nanometrica per ottenere il sequenziamento in tempo reale. L'aggiunta di ciascuna base rilascia un segnale fluorescente specifico, e catturando questi segnali in tempo reale, i ricercatori possono ottenere sequenze continue di migliaia o addirittura decine di migliaia di basi.

Sequenziamento dei nanopori: Sviluppato da Oxford Nanopore Technologies, questo metodo utilizza pori biologici su scala nanometrica. Poiché le molecole di DNA vengono tirate attraverso i pori una per una, vengono misurate le variazioni di corrente che provocano. Basi diverse producono segnali di corrente diversi, decifrando così la sequenza. Un vantaggio significativo del sequenziamento dei nanopori è la sua capacità di leggere frammenti di DNA estremamente lunghi, potenzialmente ricoprendo interi cromosomi.

• Vantaggi e svantaggi

Vantaggi: Capacità di lettura prolungata, in grado di leggere decine di migliaia o addirittura centinaia di migliaia di basi in sequenza continua, migliorando notevolmente la capacità di analizzare genomi complessi;sequenziamento di singole molecole, eliminando la necessità di amplificazione PCR ed evitando distorsioni ed errori che possono verificarsi durante il processo di amplificazione; sequenziamento in tempo reale, con sequenziamento dei nanopori che offre funzionalità rapide e in tempo reale, consentendo di ottenere dati in qualsiasi momento durante il processo di sequenziamento, che è significativo per la diagnosi rapida e le applicazioni biologiche di emergenza.

Svantaggi: La precisione è leggermente inferiore al sequenziamento di seconda generazione, e il costo è relativamente alto. Tuttavia, con continui progressi tecnologici, l'accuratezza del sequenziamento di terza generazione sta gradualmente migliorando.

• Applicazione

Il sequenziamento di terza generazione eccelle nel rilevamento delle variazioni strutturali, assemblaggio dell’intero genoma, e sequenziamento del trascrittoma, ampliando ulteriormente i confini della ricerca genomica.

Dal sequenziamento di prima generazione al sequenziamento di terza generazione, ogni progresso nella tecnologia del sequenziamento genetico ha portato nuove opportunità alle scienze della vita e alla ricerca medica. Mentre il sequenziamento di prima generazione è preciso ma limitato nella produttività, sequenziamento di seconda generazione, con la sua elevata produttività e basso costo, è diventata l'attuale tecnologia mainstream. Sequenziamento di terza generazione, attraverso le sue capacità di sequenziamento a lunga lettura e di singola molecola, colma le lacune lasciate dalle due generazioni precedenti, fornire nuovi strumenti per lo studio di genomi complessi. Mentre la tecnologia continua a iterare e progredire, le prospettive di applicazione del sequenziamento genetico in campi come la medicina, agricoltura, e l’ecologia stanno diventando sempre più ampi.

Fornitore

Shanghai Lingjun Biotecnologia Co., Ltd.è stato fondato nel 2016 che è un produttore professionale di materiali biomagnetici e reagenti per l'estrazione degli acidi nucleici.

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