Еволюція технологій секвенування

Секвенування наступного покоління (NGS) змінило геноміку, відкривши безпрецедентні можливості для вивчення структури, функцій і динаміки геному. Завдяки високій продуктивності та економічній ефективності, NGS стало ключовим інструментом у різних галузях — від фундаментальної біології до клінічної діагностики. Воно сприяло розвитку транскриптоміки, епігеноміки, метагеноміки та інших “омік”-досліджень.

Сучасні NGS-платформи, дозволяють паралельно секвенувати мільйони й навіть мільярди фрагментів ДНК. Це значно розширило можливості аналізу генетичних варіацій, експресії генів, епігенетичних модифікацій і мікробного різноманіття, що сприяло значним науковим проривам у дослідженні захворювань і персоналізованій медицині.

Етапи розвитку технологій секвенування

Секвенування першого покоління: метод Сенгера

Перше покоління секвенування розпочалося з «методу Сенгера», дана методика використовувала дидезоксинуклеотиди, які припиняли подовження ланцюга ДНК під час реплікації, що дозволяло отримувати послідовності довжиною до кількох сотень нуклеотидів. Ця технологія зробила можливим швидке секвенування ДНК та РНК і заклала основу для майбутніх удосконалень. У 1987 році була представлена перша комерційна автоматизована система «Applied Biosystems ABI 370», яка значно підвищила швидкість і точність секвенування. Попри появу новіших методів, секвенування Сенгера залишається важливим інструментом для точного аналізу коротких ділянок ДНК.

Секвенування другого покоління: висока продуктивність і масовий паралельний аналіз

Методи секвенування другого покоління здійснили революцію в секвенуванні, дозволяючи паралельний аналіз тисяч і мільйонів фрагментів ДНК. Ці методи відрізняються від традиційного секвенування за Сенгером тим, що вони можуть виконувати паралельне секвенування, значно підвищуючи продуктивність та швидкість досліджень. До найбільш відомих технологій цього періоду належать:

– 454 Roche – піросеквенування, що визначає послідовність шляхом виявлення пірофосфату.

– Ion Torrent – використовує детекцію іонів водню під час синтезу ДНК.

– Illumina (Sequencing by Synthesis, SBS) – один із найефективніших методів, заснований на використанні зворотно оборотних флуоресцентних термінаторів.

– SOLiD – секвенування за допомогою лігування олігонуклеотидів.

Ці технології значно збільшили швидкість секвенування, що дозволяє повне секвенування геному, транскриптомний аналіз і таргетне секвенування, сприяючи проривам у дослідженні генетичних варіацій, захворювань і персоналізованій медицині.

Cеквенування нового покоління (NGS) з Illumina: точність, швидкість, доступність

Illumina є світовим лідером у NGS завдяки своїй запатентованій технології секвенування за допомогою синтезу (Sequencing by Synthesis, SBS). Основна ідея цієї методики полягає у використанні модифікованих нуклеотидів, які приєднуються до ДНК-матриці у контрольованій послідовності, генеруючи флуоресцентний сигнал, який зчитується у режимі реального часу.

Основні переваги технології Illumina NGS:

• Висока точність – частота помилок значно нижча у порівнянні з альтернативними методами.
• Масштабованість – можливість секвенування від окремих цільових генів до повних геномів.
• Велика продуктивність – технологія дозволяє одночасно аналізувати мільйони фрагментів ДНК.
• Низька вартість у розрахунку на нуклеотид – що робить цей метод доступним для рутинних досліджень.

Як працює технологія Illumina NGS?

Технологія NGS від Illumina використовує фрагментацію ДНК, прикріплення адаптерів, ампліфікацію у вигляді кластерів на поверхні проточної кювети (flow cells) та зчитування послідовностей за допомогою флуоресцентного сигналу.

Основні етапи:

1. Підготовка бібліотеки – ДНК розрізається на малі фрагменти і додаються адаптери для зв’язування з поверхнею проточної кювети (flow cell).
2. Ампліфікація кластерів – кожен фрагмент ДНК копіюється багаторазово у вигляді кластерів для підвищення інтенсивності сигналу.
3. Секвенування за допомогою синтезу (SBS) – до зразка додаються флуоресцентно мічені нуклеотиди, які розпізнаються зчитувальними системами.
4. Біоінформатичний аналіз – отримані послідовності збираються, вирівнюються і аналізуються для подальшої інтерпретації. Illumina пропонує потужні біоінформатичні інструменти, такі як «BaseSpace Sequence Hub», «DRAGEN Bio-IT Platform», «Emedgene software», Illumina Connected Insight які забезпечують швидкий та точний аналіз даних, автоматизовану обробку та візуалізацію результатів. Ці сервіси використовують штучний інтелект для полегшення інтерпретації та аналізу даних.

Рис. 1. Схема робочого процесу секвенування на платформі Illumina

Незалежно від приладу чи вхідного матеріалу, усі бібліотеки illumina виглядають однаково.

• Бібліотеки повинні мати області звʼязування Р5 та Р7, що взаємодіють з олігонуклеотидами на поверхні проточної кювети flow cell.
• Бібліотеки повинні мати унікальний індекс або послідовність бар-кодів для змішування різноманітних зразків.
• Бібліотеки повинні мати ділянки звʼязування праймерів: Rd1 SP – Read 1/ Rd2 Sp – Read 2.

Рис. 2.  Готова бібліотека Illumina

Де застосовується секвенування ДНК?

Технології Illumina широко використовуються у різних сферах:

– Медицина та персоналізована діагностика: аналіз мутацій, пов’язаних із захворюваннями (онкологія, рідкісні генетичні хвороби, нейродегенеративні захворювання). NGS дозволяє прогнозувати ризики розвитку патологій, підбирати індивідуальні методи лікування та виявляти онкогенні мутації на ранніх стадіях.

– Фармацевтика: використання геномного профілю пацієнтів для розробки персоналізованих препаратів та таргетної терапії.

– Сільське господарство та агротехнології: дослідження геному рослин і тварин для виявлення генетичних маркерів стійкості до хвороб, оптимізації селекційних програм та створення продуктивніших сортів сільськогосподарських культур.

– Біотехнології: використання NGS у синтетичній біології, створення генно-модифікованих організмів для виробництва біопродуктів, ферментів, біопалива.

– Криміналістика: аналіз ДНК у криміналістиці, ідентифікація осіб, розкриття злочинів за залишковими зразками генетичного матеріалу.

– Мікробіологія та епідеміологія: секвенування вірусів і бактерій для ідентифікації нових штамів, контролю поширення інфекційних хвороб та аналізу мікробіому людини.

– Еволюційна біологія та популяційна генетика: вивчення генетичної різноманітності, відстеження еволюційних процесів та реконструкція історії видів.

Чому варто обрати рішення від Illumina?

• Якість та надійність – технології компанії мають одну з найнижчих часток помилок у галузі.
• Глобальна підтримка – широкий вибір обладнання та програмного забезпечення для аналізу даних.
• Доступність – рішення для різних бюджетів: від малих лабораторій до великих наукових центрів.
• Постійні інновації – Illumina постійно вдосконалює свої платформи, впроваджуючи нові методи аналізу.

Illumina – це сучасний стандарт секвенування ДНК, який відкриває нові можливості для науки, медицини та бізнесу. Якщо ви шукаєте точність, надійність та доступність, технології Illumina стануть вашим найкращим вибором.

Щоб купити секвенатор Illumina, набори для підготовки бібліотек та інше додаткове обладнання, звертайтесь в компанію Біолабтех. Ми є ексклюзивним дистриб’ютором Illumina в Україні, підберемо оптимальне рішення під ваші потреби, забезпечимо гарантійне та пост гарантійне сервісне обслуговування, забезпечимо навчання персоналу, наявність реагентів та витратних матеріалів.

Щоб дізнатись більше про секвенування наступного покоління та секвенатори Illumina, звертайтесь до нас за консультацією, будемо раді відповісти на усі ваші питання.