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【Nature綜述】NGS的這10年

發布時間:2016-06-12 點擊數:2190

       隨著人類基因組計劃(human genome project )在2003年順利完成,基因組測序技術取得了長足的進步,這直接導致了每兆基因組成本的大幅下降以及檢測的基因組數量越來越多。人們對基因組的復雜性深感震驚,這也引導著測序技術的進一步發展。最近的一些突破性技術使得測序技術在更短的時間內可以獲得更多的數據量。與之對應的是,還有一些技術的進步使得單條序列的測序讀長變得更長——這對解析結構性的復合區段是極其必要的。這些進展給科研人員以及醫療診斷人員提供了一個絕佳的平臺使得人們對基因組變異導致的表型變化以及疾病發生有了進一步的了解。

       近日,美國冷泉港實驗室聯合加州大學戴維斯分校的研究人員在國際著名評論型綜述雜志Nature Reviews Genetics(影響因子41)上發表了一篇評論型綜述。該綜述對高通量測序的技術原理以及各平臺的優勢比較和實踐應用進行了深入淺出的分析。



      自從DNA的雙螺旋結構被人們解析開始,人們在探究健康與疾病的基因組的復雜性與差異性上做出了巨大的努力。為了支持人類基因組計劃的順利進行,人們在儀器和試劑上做出了巨大的改進。該計劃的完成使得人們強烈的意識到人們需要更多更好的技術與數據分析能力來回答隨之而來的一系列生物學問題。然而,通量的限制以及居高不下的測序成本成為了人們進一步了解基因組的一道坎。2000年之后推出的高通量測序平臺很好地解決了這個問題,人類基因組測序的成本直接因此下降50000倍,并且由此產生了一個新的名詞:下一代測序(next-generation sequencing,NGS。在過去的十年中,NGS技術不停的在進步——測序的數據量增加了100-1000。這些技術上的進展使得人們甚至可以在一條read上讀出整條基因組序列。根據Veritas Genomics的數據,人類基因組測序的成本也已經下降到1000美元/人。不僅如此,該技術已經廣泛在臨床診斷上得到應用。

       但是,盡管NGS技術非常重要,卻并非完美。與NGS技術一道出現的是該技術帶來的一系列問題。NGS可以提供海量的數據量,但是其質量卻有待提高(有報道,NGS在序列拼接過程中,錯誤率在0.1-15%范圍內),并且NGS的序列讀長普遍較低(每條read的長度在35-700bp之內,這比普通的Sanger測序要短),這意味著需要更嚴格復雜的序列拼接。盡管長讀長測序可以克服NGS的這一大弱點,但相對而言,成本較高并且通量較低,這也限制了該技術的進一步應用。最后,NGS同時還和其他的技術之間存在著競爭的關系。

      文章分別從短讀長(read)的NGS測序和長讀長(read)的NGS測序兩個方面,對當前的NGS技術原理以及各平臺的優勢比較和實踐應用進行了深入淺出的分析。

       我們正處在新的NGS技術革命的頂端。NGS現在已經不僅僅只是一個新奇的事物,而已經成為了一個在生物學研究中廣泛應用的技術。最新的超高通量測序儀已經將曾經認為不可能的事情成為可能。這包含了首創的精準醫療(medicine initiatives)以及Illumina計劃的對循環腫瘤DNAcirculating tumour DNA, ctDNA)進行測序。每個計劃都對數萬個基因組樣本進行測序。所以,快速以及低成本的測序給予了內科醫生強大的工具來翻譯基因組信息成為有用的臨床診斷結果。

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