NGS چیست؟
NGS یا Next Generation Sequencing (توالییابی نسل جدید) یکی از پیشرفتهترین فناوریهای ژنتیک و زیستشناسی مولکولی است که امکان تعیین توالی میلیونها قطعه DNA یا RNA را بهصورت همزمان فراهم میکند. برخلاف روش سنتی سنگر (Sanger Sequencing) که تنها یک قطعه DNA را در هر واکنش بررسی میکند، NGS میتواند حجم بسیار زیادی از اطلاعات ژنتیکی را در مدت زمان کوتاه تولید کند. امروزه این فناوری در تشخیص بیماریهای ژنتیکی، بررسی سرطان، مطالعات میکروبیوم، شناسایی عوامل عفونی، پزشکی شخصی و تحقیقات زیستی کاربرد گستردهای دارد و به یکی از مهمترین ابزارهای آزمایشگاههای مولکولی تبدیل شده است.
NGS چیست؟
نحوه انجام، کاربردها و تفاوت NGS با توالییابی سنگر (Sanger Sequencing)
- NGS برای تعیین توالی DNA و RNA با سرعت و دقت بالا استفاده میشود.
- این فناوری میلیونها قطعه DNA را بهصورت همزمان بررسی میکند.
- در بیماریهای ژنتیکی، سرطان، بیماریهای عفونی و تحقیقات کاربرد دارد.
- مراحل اصلی آن شامل استخراج DNA، آمادهسازی کتابخانه، توالییابی و تحلیل دادهها است.
- NGS نسبت به روش Sanger سرعت، ظرفیت و توان تشخیص بسیار بیشتری دارد.
NGS چیست؟
NGS مخفف Next Generation Sequencing یا توالییابی نسل جدید است. این فناوری امکان تعیین توالی میلیونها قطعه DNA یا RNA را بهطور همزمان فراهم میکند.
در نتیجه، بهجای بررسی یک ژن یا یک قطعه کوچک، میتوان صدها یا هزاران ژن و حتی کل ژنوم انسان را در یک آزمایش بررسی کرد. به همین دلیل، NGS انقلابی در تشخیص بیماریهای ژنتیکی و تحقیقات زیستی ایجاد کرده است.
NGS چگونه کار میکند؟
عملکرد NGS شامل مجموعهای از مراحل متوالی است که از آمادهسازی نمونه تا تحلیل دادهها ادامه دارد. ابتدا DNA یا RNA از نمونه استخراج میشود. سپس قطعات ژنتیکی به اندازه مناسب شکسته شده و آداپتورهای اختصاصی به آنها متصل میشوند تا Library تشکیل شود.
این Library وارد دستگاه توالییابی شده و میلیونها قطعه DNA بهطور موازی خوانده میشوند. در نهایت، دادههای خام توسط نرمافزارهای بیوانفورماتیک تحلیل شده و تغییرات ژنتیکی (Variants) شناسایی میشوند.
مراحل انجام NGS
اجزای اصلی سیستم NGS
دستگاه NGS چیست؟
دستگاه NGS مجموعهای از سیستمهای اپتیکی، شیمیایی و نرمافزاری است که فرآیند توالییابی را بهصورت خودکار انجام میدهد. این دستگاهها بسته به فناوری مورد استفاده، قادرند از چند میلیون تا چند میلیارد باز (Base) را در یک ران (Run) بخوانند.
کاربردهای NGS
- Whole Exome Sequencing (WES)
- Whole Genome Sequencing (WGS)
- پنلهای ژنی اختصاصی
- تشخیص بیماریهای نادر
- شناسایی جهشهای توموری
- بررسی ژنهای هدف درمان
- مانیتورینگ سرطان
- پزشکی شخصی
- شناسایی ویروسها
- تعیین سویههای باکتریایی
- بررسی مقاومت دارویی
- اپیدمیولوژی مولکولی
- بررسی فلور طبیعی بدن
- تحلیل میکروبیوم روده
- مطالعات محیطی
- RNA Sequencing
- Gene Expression
- Epigenetics
- مطالعات تکاملی
تفاوت NGS و Sanger Sequencing
| ویژگی | Sanger | NGS |
|---|---|---|
| تعداد قطعات قابل بررسی | یک قطعه | میلیونها قطعه |
| سرعت | کمتر | بسیار بالا |
| ظرفیت داده | کم | بسیار زیاد |
| هزینه برای پروژههای بزرگ | بالا | مقرونبهصرفهتر |
| مناسب برای | ژنهای محدود | ژنوم، اگزوم و پنلهای بزرگ |
مزایا و محدودیتهای NGS
- توان بررسی همزمان تعداد زیادی ژن
- سرعت بالا
- حساسیت زیاد
- مناسب برای پزشکی شخصی
- امکان شناسایی انواع مختلف جهشها
- هزینه اولیه بالای تجهیزات
- نیاز به زیرساخت بیوانفورماتیک
- تحلیل دادههای پیچیده
- نیاز به نیروی متخصص
عوامل مؤثر بر کیفیت نتایج NGS
کاربرد NGS در آزمایشگاههای مختلف
| نوع آزمایشگاه | کاربرد |
|---|---|
| ژنتیک پزشکی | بیماریهای ارثی و نادر |
| سرطان | شناسایی جهشهای توموری |
| میکروبشناسی | شناسایی عوامل عفونی |
| تحقیقاتی | ژنومیکس و ترنسکریپتومیکس |
| داروسازی | توسعه دارو و فارماکوژنومیکس |
وکتور چگونه میتواند در راهاندازی آزمایشگاه NGS کمک کند؟
راهاندازی یک آزمایشگاه NGS تنها به خرید دستگاه توالییاب محدود نمیشود و معمولاً تجهیزات و مواد مصرفی متعددی موردنیاز است:
در بسیاری از پروژههای NGS، کیفیت پایین DNA یا آمادهسازی نامناسب Library بیش از هر عامل دیگری باعث افت کیفیت دادهها میشود. همچنین کنترل آلودگی، استفاده از تجهیزات کالیبره و تحلیل صحیح دادههای بیوانفورماتیک نقش بسیار مهمی در دستیابی به نتایج قابل اعتماد دارند. در آزمایشگاههای تشخیص پزشکی نیز تأیید برخی یافتههای مهم با روشهایی مانند Sanger Sequencing همچنان بهعنوان بخشی از فرآیند کنترل کیفیت انجام میشود.
برندهای مطرح تجهیزات و مواد NGS
- Illumina
- Thermo Fisher Scientific (Ion Torrent)
- MGI
- Oxford Nanopore Technologies
- Pacific Biosciences (PacBio)
- Illumina
- Thermo Fisher Scientific
- QIAGEN
- Roche
- New England Biolabs (NEB)
- Twist Bioscience
سؤالات متداول
منابع
- Principles of Gene Manipulation and Genomics
- Next Generation Sequencing Technologies and Challenges in Sequence Assembly
- Molecular Diagnostics: Fundamentals, Methods and Clinical Applications
- ACMG Technical Standards for Clinical Next-Generation Sequencing
- Illumina – An Introduction to Next-Generation Sequencing Technology
- Nature Reviews Genetics – Next-generation DNA sequencing