آموزش توالی‌یابی نسل نوین (NGS) - آخرین آپدیت

مقدمه و تاریخچه مختصر تکنولوژی نسل بعدی سکانسینگ (NGS)

بیش از 56 سال است که محققان در حال توسعه روش‌ها و فناوری‌هایی برای تعیین توالی اسیدهای نوکلئیک در نمونه‌های بیولوژیکی هستند. توانایی توالی‌یابی دقیق DNA و RNA تأثیر شگرفی بر بسیاری از حوزه‌های تحقیقاتی داشته است. پروژه توالی‌یابی ژنوم انسان در سال 2003 پس از 13 سال همکاری بین‌المللی و سرمایه‌گذاری 3 میلیارد دلاری تکمیل شد. پروژه ژنوم انسان از سکانسینگ سنگر (Sanger sequencing) استفاده کرد که روش اصلی توالی‌یابی DNA از زمان اختراعش در دهه 1970 بود. امروزه تقاضا برای توالی‌یابی به صورت تصاعدی در حال رشد است و نیاز به تجزیه و تحلیل سریع، ارزان و دقیق مقادیر زیادی از DNA ژنومی وجود دارد. این امر با ظهور فناوری‌های جدید توالی‌یابی که به طور جمعی با عنوان **تکنولوژی نسل بعدی سکانسینگ (NGS)** شناخته می‌شوند، امکان‌پذیر شده است.

تکنولوژی نسل بعدی سکانسینگ (NGS) چیست؟

تکنولوژی نسل بعدی سکانسینگ (NGS) که با نام‌های **توالی‌یابی با توان عملیاتی بالا (high throughput sequencing)**، **توالی‌یابی نسل دوم (second generation sequencing)** یا **توالی‌یابی خوانش کوتاه (short read sequencing)** نیز شناخته می‌شود، یک فناوری توالی‌یابی موازی انبوه است که توان عملیاتی فوق‌العاده بالا، مقیاس‌پذیری و سرعت بی‌نظیری را ارائه می‌دهد. این فناوری برای تعیین ترتیب نوکلئوتیدها در کل ژنوم‌ها یا مناطق هدفمند DNA یا RNA مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اصول کلیدی پشت تکنولوژی NGS

درک اصول بنیادین NGS برای استفاده مؤثر از آن ضروری است.

تفاوت‌های کلیدی بین سکانسینگ سنگر و NGS

تفاوت اصلی بین سکانسینگ سنگر و NGS در حجم توالی‌یابی است، به طوری که NGS امکان پردازش میلیون‌ها واکنش به صورت موازی را فراهم می‌کند که منجر به توان عملیاتی بالا، حساسیت بیشتر، سرعت و کاهش هزینه می‌شود. بسیاری از پروژه‌های توالی‌یابی ژنوم که با روش‌های سکانسینگ سنگر سال‌ها طول می‌کشیدند، اکنون با استفاده از NGS در عرض چند ساعت تکمیل می‌شوند.

آماده‌سازی نمونه (پیش‌پردازش) برای NGS

برای موفقیت در پروژه‌های NGS، آماده‌سازی دقیق نمونه حیاتی است.

آماده‌سازی کتابخانه برای NGS

آماده‌سازی کتابخانه شامل قطعه‌بندی DNA (DNA fragmentation) چه به صورت آنزیمی و چه با سونیکاسیون، ترمیم انتهای قطعات (end repairing) و اتصال آداپتور (adaptor ligation) می‌شود.

تقویت با PCR برای NGS شامل Emulsion PCR و Bridge PCR

تقویت کتابخانه لازم است تا سیگنال دریافتی از توالی‌یاب به اندازه کافی قوی باشد تا با دقت تشخیص داده شود. دو روش متداول‌تر تقویت با PCR عبارتند از Emulsion PCR و Bridge PCR.

رویکرد Pyrosequeencing 454

آشنایی با روش‌های مختلف مانند Pyrosequeencing 454.

رویکرد توالی‌یابی با اتصال (Sequencing by ligation - SOLiD)

بررسی رویکردهای نوآورانه مانند توالی‌یابی با اتصال.

رویکرد توالی‌یابی نیمه‌هادی Ion Torrent

تکنولوژی Ion Torrent یک رویکرد پیشگامانه در توالی‌یابی نیمه‌هادی است.

رویکرد توالی‌یابی ترمیناتور برگشت‌پذیر (Illumina)

Illumina با رویکرد ترمیناتور برگشت‌پذیر، انقلابی در NGS ایجاد کرده است.

انواع خوانش‌های توالی‌یابی شامل خوانش‌های تک-انتها و جفت-انتها

NGS می‌تواند بسته به روش انتخابی، دو نوع خوانش تولید کند: خوانش‌های تک-انتها (single end reads) و خوانش‌های جفت-انتها (paired end reads).

تجزیه و تحلیل داده‌ها (پس‌پردازش) برای NGS

مرحله حیاتی پس از توالی‌یابی، تجزیه و تحلیل دقیق داده‌ها است.

ملاحظات کلیدی در انتخاب استراتژی توالی‌یابی

انتخاب استراتژی توالی‌یابی مناسب برای موفقیت پروژه ضروری است.

نقاط قوت و محدودیت‌های تکنولوژی نسل بعدی سکانسینگ (NGS)

دانستن مزایا و معایب NGS برای تصمیم‌گیری آگاهانه مهم است.

کاربردهای تکنولوژی نسل بعدی سکانسینگ (NGS)

NGS به محققان این امکان را داده است تا مقادیر عظیمی از داده‌های توالی‌یابی ژنومی را جمع‌آوری کنند. این فناوری کاربردهای فراوانی دارد، از جمله: مدیریت شیوع بیماری‌ها، تشخیص و درک بیماری‌های پیچیده، توالی‌یابی کل ژنوم، توالی‌یابی ترانسکریپتوم، درمان سرطان، تشخیص ویروس‌ها، نظارت بر مقاومت ضد میکروبی و موارد دیگر.

فناوری‌های نسل سوم و چهارم

اکنون، فناوری‌های نسل سوم (3G) و نسل چهارم (4G) تکامل یافته‌اند که بر اصول متفاوتی کار می‌کنند.

پیش‌نیازهای دوره

• انگیزه برای یادگیری
• دانش پایه زیست‌شناسی و زیست‌شناسی مولکولی
• علاقه به یادگیری جدیدترین فناوری‌ها

شروع سفر یادگیری شما

این دوره منبع ارزشمندی برای دانشجویان و محققان مرتبط با زیست‌شناسی مولکولی، علوم جنایی، فناوری آزمایشگاه پزشکی، بیوتکنولوژی و ژنتیک است. سفر یادگیری خود را از همین الان آغاز کنید و حقیقت پنهان در مورد فناوری توالی‌یابی را کشف کنید!