Fra førstegenerasjons sekvensering til tredjegenerasjons sekvensering:Evolusjonen og gjennombruddene til gensekvenseringsteknologi

I utviklingen av gensekvenseringsteknologi, hver iterasjon fra førstegenerasjons sekvensering til tredjegenerasjons sekvensering har medført betydelige endringer. I dag, la oss ta en detaljert titt på hovedforskjellene mellom disse tre sekvenseringsteknologiene.

1. Første generasjons sekvensering: Den klassiske Sanger-sekvensen

Prinsipp og metode

Første generasjons sekvensering, også kjent som Sanger-sekvensering, er den tidligste DNA-sekvenseringsteknologien. Dens kjerneprinsipp er kjedetermineringsmetoden, som innebærer å introdusere ddNTP-er(dideoksynukleotider) merket med forskjellige fluorescerende markører under DNA-synteseprosessen for å avslutte forlengelsen av kjeden, og dermed bestemme DNA-sekvensen. Selv om denne metoden er presis, den har lav gjennomstrømning, med bare ett DNA-fragment som sekvenseres om gangen.

• Fordeler og ulemper

Fordeler: Lang sekvenseringslengde, opp til 1000 bp; kostnadseffektiv og rask behandlingstid, egnet for prøveundersøkelser med lav gjennomstrømning; relativt lav instrumentkostnad; i stand til nøyaktig å oppdage basevariasjoner innenfor 800 bp av DNA-sekvenser; høy nøyaktighet, med en grundig prosess og flere kvalitetskontrolltrinn, gjør den mindre utsatt for kontaminering og gir visuelt intuitive sekvenseringsresultater.

Ulemper: Lav sekvenseringsgjennomstrømning, med bare én sekvens oppnådd per reaksjon; relativt høye kostnader for storskala sekvensering; vanskeligheter med å oppdage høy GC og repeterende sekvensregioner; manglende evne til å oppdage store fragmentslettinger og kopiantallvariasjoner, blant andre typer genmutasjoner.

• Søknad

Førstegenerasjons sekvensering har et bredt spekter av bruksområder innen biologisk forskning, som genomikk, proteomikk, sykdomsforskning, artsidentifikasjon, og systematiske evolusjonsstudier, samt populasjonsgenetikk. I tillegg, på grunn av sin høye nøyaktighet og lave falske positive rate, det regnes fortsatt som gullstandarden for gendeteksjon den dag i dag.

2. Andre generasjons sekvensering: The Rise of High-Throughput Sequencing

• Prinsipp og metode

Andre generasjons sekvensering, også kjent som high-throughput-sekvensering, dukket opp rundt 2005. Dets grunnleggende prinsipp innebærer parallell sekvensering av flere DNA-fragmenter, som er knyttet til bestemte stillinger gjennom en fast metode(slik som fastfasebærere eller mikrokuler). Sekvensene leses deretter synkront ved hjelp av en sekvensering-ved-syntese-metode. Hver base som introduseres genererer et detekterbart signal, og gjennom innsamling og behandling av et stort antall parallelle signaler, den fullstendige sekvensinformasjonen er samlet. Vanlige andregenerasjons sekvenseringsplattformer inkluderer Illumina, 454 sekvensering, og Ion Torrent-sekvensering.

• Fordeler og ulemper

Fordeler: Høy gjennomstrømning, i stand til å fullføre storskala genomsekvensering på kort tid; kostnadseffektivt, redusere kostnadene for fullstendig menneskelig genomsekvensering fra hundrevis av millioner dollar med førstegenerasjons sekvensering til tusenvis av dollar, og forkorte sekvenseringstiden fra år til uker eller til og med dager.

Ulemper: Korte leselengder, typisk mellom 100 og 300 bp, som ikke er ideell for sekvensering av visse komplekse genomiske regioner(slik som repeterende sekvenser eller regioner med mange strukturelle variasjoner).

• Søknad

Den utbredte bruken av andregenerasjons sekvensering har drevet utviklingen av personlig medisin, kreftgenomikk, og genomredigering. Dens anvendelser i sykdomsforebygging, diagnose, og behandling blir stadig mer utbredt, spesielt innen svulster, genetiske sykdommer, og prenatal screening, hvor det har blitt et viktig diagnoseverktøy.

3. Tredje generasjons sekvensering: Gjennombrudd innen langlest og enkeltmolekyl-sekvensering

• Prinsipp og metode

Tredje generasjons sekvenseringsteknologier, representert ved Single-Molecule Real-Time(SMRT) sekvensering og nanopore-sekvensering, har overvunnet begrensningene med kort leselengde ved andregenerasjons sekvensering og kan gi langlesefunksjoner, betydelig forbedre evnen til å analysere komplekse genomiske regioner.

Enkeltmolekyl sanntid(SMRT) Sekvensering: Utviklet av Pacific Biosciences(PacBio), denne metoden oppdager synteseprosessen til et enkelt DNA-molekyl i en pore på nanoskala for å oppnå sanntidssekvensering. Tilsetningen av hver base frigjør et spesifikt fluorescerende signal, og ved å fange opp disse signalene i sanntid, forskere kan oppnå kontinuerlige sekvenser av tusenvis eller til og med titusenvis av baser.

Nanopore-sekvensering: Utviklet av Oxford Nanopore Technologies, denne metoden bruker biologiske porer i nanoskala. Som DNA-molekyler trekkes gjennom porene en etter en, endringene i strømmen de forårsaker måles. Ulike baser produserer forskjellige strømsignaler, dermed dechiffrere sekvensen. En betydelig fordel med nanopore-sekvensering er dens evne til å lese ekstremt lange DNA-fragmenter, potensielt dekker hele kromosomer.

• Fordeler og ulemper

Fordeler: Langlest evne, i stand til å lese titusenvis eller til og med hundretusenvis av baser i en kontinuerlig sekvens, i stor grad forbedre evnen til å analysere komplekse genomer;enkeltmolekyl-sekvensering, eliminerer behovet for PCR-amplifikasjon og unngår skjevheter og feil som kan oppstå under amplifikasjonsprosessen; sanntidssekvensering, med nanopore-sekvensering som tilbyr raske og sanntidsfunksjoner, slik at data kan innhentes når som helst under sekvenseringsprosessen, som er viktig for rask diagnostisering og biologiske nødsituasjoner.

Ulemper: Nøyaktigheten er litt dårligere enn andre generasjons sekvensering, og kostnadene er relativt høye. Imidlertid, med kontinuerlige teknologiske fremskritt, Nøyaktigheten til tredjegenerasjons sekvensering blir gradvis bedre.

• Søknad

Tredje generasjons sekvensering utmerker seg i deteksjon av strukturell variasjon, hel-genomsamling, og transkriptomsekvensering, ytterligere utvide grensene for genomforskning.

Fra førstegenerasjons sekvensering til tredjegenerasjons sekvensering, hvert fremskritt innen gensekvenseringsteknologi har gitt nye muligheter for biovitenskap og medisinsk forskning. Mens førstegenerasjons sekvensering er presis, men begrenset i gjennomstrømming, andre generasjons sekvensering, med høy gjennomstrømning og lave kostnader, har blitt dagens mainstream-teknologi. Tredje generasjons sekvensering, gjennom sine langleste og enkeltmolekylære sekvenseringsevner, fyller hullene etter de to foregående generasjonene, gir nye verktøy for studiet av komplekse genomer. Ettersom teknologien fortsetter å iterere og utvikle seg, anvendelsesutsiktene for gensekvensering innen felt som medisin, jordbruk, og økologi blir stadig bredere.

Leverandør

Shanghai Lingjun Biotechnology Co., Ltd.ble etablert i 2016 som er en profesjonell produsent av biomagnetiske materialer og nukleinsyreekstraksjonsreagenser.

Vi har rik erfaring innen utvinning og rensing av nukleinsyre, proteinrensing, celleseparasjon, kjemiluminescens, og andre tekniske felt.

Våre produkter er mye brukt på mange felt, som medisinsk testing, genetisk testing, universitetsforskning, genetisk avl, og så videre. Vi leverer ikke bare produkter, men kan også påta oss OEM, ODM, og andre behov. Hvis du har et relatert behov, ta gjerne kontakt med oss .