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【Nature综述】NGS的这10年

发布时间:2016-06-12 点击数:1363

       随着人类基因组计划(human genome project )在2003年顺利完成,基因组测序技术取得了长足的进步,这直接导致了每兆基因组成本的大幅下降以及检测的基因组数量越来越多。人们对基因组的复杂性深感震惊,这也引导着测序技术的进一步发展。最近的一些突破性技术使得测序技术在更短的时间内可以获得更多的数据量。与之对应的是,还有一些技术的进步使得单条序列的测序读长变得更长——这对解析结构性的复合区段是极其必要的。这些进展给科研人员以及医疗诊断人员提供了一个绝佳的平台使得人们对基因组变异导致的表型变化以及疾病发生有了进一步的了解。

       近日,美国冷泉港实验室联合加州大学戴维斯分校的研究人员在国际著名评论型综述杂志Nature Reviews Genetics(影响因子41)上发表了一篇评论型综述。该综述对高通量测序的技术原理以及各平台的优势比较和实践应用进行了深入浅出的分析。



      自从DNA的双螺旋结构被人们解析开始,人们在探究健康与疾病的基因组的复杂性与差异性上做出了巨大的努力。为了支持人类基因组计划的顺利进行,人们在仪器和试剂上做出了巨大的改进。该计划的完成使得人们强烈的意识到人们需要更多更好的技术与数据分析能力来回答随之而来的一系列生物学问题。然而,通量的限制以及居高不下的测序成本成为了人们进一步了解基因组的一道坎。2000年之后推出的高通量测序平台很好地解决了这个问题,人类基因组测序的成本直接因此下降50000倍,并且由此产生了一个新的名词:下一代测序(next-generation sequencingNGS。在过去的十年中,NGS技术不停的在进步——测序的数据量增加了100-1000。这些技术上的进展使得人们甚至可以在一条read上读出整条基因组序列。根据Veritas Genomics的数据,人类基因组测序的成本也已经下降到1000美元/人。不仅如此,该技术已经广泛在临床诊断上得到应用

       但是,尽管NGS技术非常重要,却并非完美。与NGS技术一道出现的是该技术带来的一系列问题。NGS可以提供海量的数据量,但是其质量却有待提高(有报道,NGS在序列拼接过程中,错误率在0.1-15%范围内),并且NGS的序列读长普遍较低(每条read的长度在35-700bp之内,这比普通的Sanger测序要短),这意味着需要更严格复杂的序列拼接。尽管长读长测序可以克服NGS的这一大弱点,但相对而言,成本较高并且通量较低,这也限制了该技术的进一步应用。最后,NGS同时还和其他的技术之间存在着竞争的关系。

      文章分别从短读长(read)的NGS测序和长读长(read)的NGS测序两个方面,对当前的NGS技术原理以及各平台的优势比较和实践应用进行了深入浅出的分析。

       我们正处在新的NGS技术革命的顶端。NGS现在已经不仅仅只是一个新奇的事物,而已经成为了一个在生物学研究中广泛应用的技术。最新的超高通量测序仪已经将曾经认为不可能的事情成为可能。这包含了首创的精准医疗(medicine initiatives)以及Illumina计划的对循环肿瘤DNAcirculating tumour DNA, ctDNA)进行测序。每个计划都对数万个基因组样本进行测序。所以,快速以及低成本的测序给予了内科医生强大的工具来翻译基因组信息成为有用的临床诊断结果。