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次世代シークエンシング(NGS):現在および今後の傾向

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DNA塩基配列決定は長い道のりを経てきました

あなたのポケットに使いたくてウズウズしている1000ドルがあったら?あなたのラップトップに差し込むミニチュアDNAシークエンサーに興味がありますか?Fredrick Sangerがノーベル賞を受賞したDNA塩基配列決定法であるSanger法を開発してからわずか40年で、DNA塩基配列決定は科学者だけでなく臨床医、法執行機関、さらには教育者にとっても信頼でき不可欠なツールです。

より速く、より良いシークエンスのための私達の欲求は飽くなきものであり、そしてハイスループットシークエンサーの大規模なバンクから引き出しに収まる携帯用ユニットまで新しいシークエンス技術の開発を促進しました。ヒトゲノムの配列決定には12年かかりましたが、計算とデータ分析の進歩によって支えられ、可能にされた現在の配列決定技術を使用している研究者は、10万の集団のゲノムの配列決定を熟考しています。

次世代シークエンシング:今どこにいるのか

Human Genome Projectの完成後、次世代シークエンシング(NGS)と呼ばれる新しい技術の波が市場に登場しました。これらのシークエンサーは、ハイスループットのために短い読み取りの大規模な並列シークエンスを使用します。

  • イルミナのプラットフォームは市場をリードする存在となり、クローナル増幅されたテンプレート上での合成による配列決定アプローチを開発しました。
  • BGIは、イルミナのプラットフォームを使用して、世界最大のNGSデータプロデューサーとなる一方、ライゲーションによるシークエンシングアプローチに基づいて独自のシステムを開発しました。
  • どちらのテクノロジも、実行ごとにギガベースのデータを生成します。

NGSはゲノム研究を根本的に変えました。それは科学者が全ゲノム、トランスクリプトーム、またはエキソームを配列決定することを可能にし、以前は不可能であった実験を実施できます。それを視野に入れると、Human Genome Projectの生データを生成するのに、これらのシステムで1日もかからないでしょう。

しかし、これらのプラットフォームにはいくつかの制限があります。NGSは短い読み取り(1 kb未満)に依存しているため、並行してシークエンス処理された数百万のフラグメントまでスケールアップする必要があります。データが参照ゲノムなしでは容易に再構築されないため、短い読み取り長はde novoアセンブリにはあまり適していません。ディープシークエンシングでは、エラーを最小限に抑えることでこの制限を部分的に補っていますが、繰り返し領域は依然として困難です。

NGS用のサンプル調製は労働集約的です。これは、出発DNAの増幅および精製を単純化する市販のキットで対処されています。

これらのシステムがどのように機能するかについては、Nature Reviewsを参照してください。

第三世代シークエンシング:単一分子技術

クローナル増幅やNGSに必要なさまざまな準備ステップなしでロングリードシークエンス(数十kb)を提供する第三世代のシークエンサーの時代が始まっています。ロングリードシークエンシングは、新規アセンブリを単純化し、一回のリードで反復領域および構造的変動に広がり、そしてGに富む/貧弱な領域に対してより低いバイアスを提供することができます。

単一分子配列決定は正確さには苦労しますが、技術が成熟するにつれて誤り率は改善してきています。NGSと同じくらい簡単に、ロングリードシークエンスでゲノムを再構築することはすでに可能になっています。

単一分子配列決定技術の商品化における主要なプレーヤーは、Pacific Biosciences(PacBio)およびOxford Nanopore Technologies(ONT)です。これらの技術と競合するために、IlluminaのようなNGSプラットフォームサプライヤは、合成のロングリード技術を開発しました。ここで、巧妙なバーコードは、新しいハードウェアに投資することなく、元のシークエンスを再構築する方法を提供します。

次世代シークエンシングの未来

次世代シークエンシング技術が発展し続けるにつれて、スピードと利便性の段階的変化、技術的準備段階の必要性の排除、そしてワークフローの簡素化が期待されます。これらの新技術は、研究、臨床現場、そしてそれをはるかに超えたところで必然的に日常的になるでしょう。確かに、これらはゲノム配列決定技術にとって興味深い時代です。

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