NGS シーケンスにおける大きな DNA フラグメント選択技術の仕組み

大きな DNA フラグメント選択技術は NGS シーケンスにおいて重要な役割を果たします, 特に構造的変異の検出において, ゲノムアセンブリ, そしてハプロタイプ解析. 以下はその中核となるアプリケーションと技術原理です。:：

私. アプリケーションシナリオ

構造のバリアント (SV) 検出

チャレンジ: 従来のショートリードシーケンス (例えば, イルミナ) バリアントを正確に把握するのに苦労する >1 kb (挿入, 削除, 反転, 転座).

解決: 大きなDNA断片を選択することにより (10–50kb) 図書館建設に向けて, ロングリードシーケンスと組み合わせる (PacBio/ナノポア) またはリンクリード分析, 反復領域にまたがる複雑な SV を解決できる.

例: がんゲノムにおける融合イベント (例えば, *ALK-EML4*) 多くの場合、大きなフラグメントのデータが必要になります.

高品質のゲノムアセンブリ

チャレンジ: 読み取り時間が短いデータは、繰り返し領域でのアセンブリ エラーにつながることがよくあります, ゲノム断片化を引き起こす.

解決: 大きな破片 (例えば, フォスミドライブラリー) provide long-range physical linkage, enabling continuous scaffold assembly (5–10× improvement in N50).

例: The T2T Consortium filled the final 8% gap in the human reference genome using Hi-C and ultra-long-read technologies.

Haplotype Phasing

チャレンジ: Short-read sequencing fails to preserve allelic linkage at heterozygous sites.

解決: Barcode-based technologies (例えば, 10X Genomics) reconstruct haplotype blocks spanning hundreds of kb.

Value: Critical for HLA typing and identifying disease-causing gene linkages.

Ⅱ. Core Selection Technologies

1. Physical Separation Methods

Pulse Field Gel Electrophoresis (PFGE): Separates fragments >50 kb for metagenomic or complex sample screening.

Magnetic Bead Selection (SPRIselect): Recovers specific fragment sizes (例えば, 0.1–10 kb or >15 kb) by adjusting bead-to-sample ratios.

2. Barcode-Based Enrichment

10X Genomics Chromium: Encapsulates DNA fragments in oil droplets, 同じ大きなフラグメントからの短いリードをバーコードでラベル付けする.

TELL-Seq/リンクリード: マイクロ流体工学を使用して、仮想的な長い断片の再構築を行います。 50% 10倍より低いコスト.

3. 循環ベースの増幅

ループゲノミクス: DNA断片は環状化し、ローリングサークル複製によって増幅されます。, 標準 NGS プラットフォームの物理的隣接関係の維持.

Ⅲ. 利点と比較. 従来の方法

Ⅳ. 課題と最適化

高い DNA 品質が必要: 完全な DNA が必要です (DV200 >50%), FFPEサンプルとの互換性がないため、低ダメージ抽出キットの開発へ.

コスト管理: ロングリードシーケンシングは依然としてハイブリッド戦略にとって高価である (例えば, リンクリードとイルミナ) コストを削減する.

バイオインフォマティクスのアップグレード: 専用工具が必要 (例えば, 組み立て用カヌー, HapCUT2 フェージング用).

V. 代表的な用途

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の追跡: ナノポア配列決定と磁気ビーズの選択 (>20 kbフラグメント) SARS-CoV-2のゲノムと組換えイベントを迅速に解明.

遺伝病の診断: 10X ゲノミクスにより SMN1 エクソンが検出されました 7 削除, SMN2からの干渉を回避する.

植物ゲノミクス: オオムギのゲノム構築において, BAC ライブラリ (40–100kb) Contig N50 を に増加 486 kb.

結論

大きな DNA フラグメントの選択により、長距離のゲノムコンテキストを提供することでショートリード NGS の制限を克服します. バーコーディングの進歩により (例えば, TELL-Seq) およびローカライズされたプラットフォーム (例えば, MGI クールMPS), この技術は臨床診断への応用を加速します, 進化論研究, そして精密育種.

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