염기 서열 분석 차세대 염기 서열 분석 염기 서열 정보의 활용-과학 심화 탐구

The sequence of sequencers: The history of sequencing DNA

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4727787/

서열 분석기의 서열: DNA 서열 분석의 역사

 

생물학적 시료에서 핵산 잔기의 순서를 결정하는 것은 다양한 연구 응용 분야에서 필수적인 구성 요소입니다. 지난 50년 동안 수많은 연구자가 이러한 위업을 촉진하기 위한 DNA 및 RNA 분자 서열 분석 기술의 생산에 전념해 왔습니다. 이 시간 규모는 짧은 올리고뉴클레오티드의 서열 분석에서 수백만 개의 염기 서열 분석으로, 단일 유전자의 코딩 서열 추론을 향한 고군분투에서 신속하고 널리 이용 가능한 전체 게놈 서열 분석으로 이동하는 엄청난 변화를 목격했습니다. 이 기사에서는 여러 세대의 시퀀싱 기술을 반복하면서 그 기간을 훑어보며 그 과정에서 발견된 몇 가지 주요 발견, 연구자 및 시퀀스를 강조합니다.

1세대 방법을 통해 클론 DNA 집단의 서열 분석이 가능해졌습니다.

2세대는 많은 반응을 병렬화하여 처리량을 대폭 늘렸습니다.

3세대 방법을 사용하면 단일 DNA 분자의 직접적인 서열 분석이 가능합니다.

생물학 연구에서 DNA 서열 분석의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 가장 근본적인 수준에서는 육상 생명체를 정의하고 서로 구별할 수 있는 주요 특성 중 하나를 측정하는 방법입니다. 따라서 지난 반세기 동안 전 세계의 많은 연구자는 DNA 서열 분석을 뒷받침하는 기술을 개발하고 개선하는 데 많은 시간과 자원을 투자했습니다. 주로 접근 가능한 RNA 표적을 대상으로 작업하는 이 분야가 탄생할 당시 연구자들은 12개에서 100개까지의 뉴클레오타이드 길이에 해당하는 서열을 생성하는 데 수년을 힘들게 보냈습니다. 수년에 걸쳐 시퀀싱 프로토콜, 분자생물학 및 자동화의 혁신으로 시퀀싱 기술 역량이 향상되면서 비용은 절감되었습니다. 수백 개의 염기쌍 길이의 DNA를 읽을 수 있으며 대규모 병렬화를 통해 한 번의 실행으로 기가 베이스의 데이터를 생성할 수 있습니다. 연구원들은 젤을 붓는 것부터 코드를 실행하는 것까지 실험실에서 컴퓨터로 이동했습니다. 게놈이 해독되고, 논문이 출판되고, DNA 서열 데이터 저장소가 계속 늘어나면서 회사가 시작되었다가 나중에 해체되기도 했습니다. 따라서 여러 측면에서 상대적으로 최근의 미래 지향적인 연구 분야인 DNA 서열 분석은 풍부한 역사가 있습니다. 이 역사를 이해하면 현재 방법론에 대한 이해를 제공하고 이전 세대에서 배운 교훈이 다음 세대의 진행 상황에 영향을 미치므로 미래 방법론에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있습니다.

 

DNA sequencing: an overview of solid-state and biological nanopore-based methods

https://link.springer.com/article/10.1007/s12551-021-00857-y

DNA 서열 분석: 고체 및 생물학적 나노기공 기반 방법의 개요

시퀀싱 분야는 출현 이후 상당한 관심을 끄는 주제이며 시간이 지남에 따라 점점 더 중요해지고 있습니다. 이 분야, 특히 DNA 및 RNA 서열 분석과 관련하여 인상적인 성과를 거두었습니다. 1950년대 Sanger와 동료들의 첫 번째 업적 이후 많은 시퀀싱 기술이 개발되었지만, 나머지 기술은 사라졌습니다. DNA 서열 분석은 3세대에 걸쳐 주요한 진화를 거쳤습니다. 세대마다 간략하게 언급되는 고유한 사양이 있습니다. 이들 세대 중에서 나노포어 시퀀싱은 여기에서 더 많은 관심을 받는 고유한 흥미로운 특성이 있습니다. 3세대 기술에 사용되는 선구적인 기술 중에서 생물학적 또는 고체 상태의 나노기공은 실험적으로 또는 이론적으로 광범위하게 연구되었습니다. 모든 시퀀싱 기술에는 장단점이 있으므로 나노포어도 이러한 일반 규칙에서 벗어나지 않습니다. 그 장애를 극복하기 위해 어떤 연구가 진행되었는지도 전반적으로 지적된다. 이 리뷰에서는 생물학적 및 고체 나노기공에 대해 자세히 설명하고 이들의 응용에 대해서도 간략하게 논의합니다.

1세대 방법은 혁신적이었지만 비용이 많이 들고 작은 가닥만 서열 분석할 수 있다는 단점이 있었습니다. 2세대 기술은 합리적인 시간 비용 규모로 게놈 서열 분석을 수정하고 처리량을 향상하는 동시에 오류가 발생할 수 있는 DNA 증폭이 여전히 필요했습니다. 3세대는 몇 단계 더 발전하여 직접 시퀀싱, 더 긴 염기 읽기, 실시간 시퀀싱 및 단일 분자 특성과 같은 특성을 획득했습니다. 새로운 기술을 기반으로 한 DNA 염기 서열 분석의 미래에 대해 매우 낙관적이어야 하지만, 여전히 연구자들이 극복해야 할 장애물이 있습니다. 더 진보적으로 보이는 것은 더 기밀이지만 훨씬 더 많은 계산 비용이 필요하므로 더 번거로운 양자 시뮬레이션입니다.

 

Sanger 염기서열분석 단계 및 기법

https://www.sigmaaldrich.com/KR/ko/technical-documents/protocol/genomics/sequencing/sanger-sequencing

 

Differences Between NGS and Sanger Sequencing

https://www.illumina.com/science/technology/next-generation-sequencing/ngs-vs-sanger-sequencing.html

 

Guidelines for Sanger sequencing and molecular assay monitoring

https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1040638720905833

Sanger 시퀀싱 및 분자 분석 모니터링에 대한 지침

Sanger 기술을 사용한 유전자 서열 분석, 즉 DNA 서열 분석은 수의학 진단 커뮤니티에서 널리 사용되었습니다. 본 기술은 PCR 결과를 검증하는 역할을 하며, 계통발생학적 분석, 역학조사, 법의학 조사에 필요한 유전자 서열 데이터를 제공하는 데 사용됩니다. 미국 수의학 실험실 진단사 협회의 실험실 기술 위원회는 검체 준비, 시퀀싱 시설 또는 기기 제출, 수행된 핵산 서열 데이터의 품질 평가, 진단 적용을 위한 기본 시퀀싱 데이터 및 계통발생 분석 생성을 위한 지침을 준비했습니다. 이 지침은 실험실이 일관되고 고품질의 제품을 제공하도록 지원하는 것을 목표로 합니다.

Applications of Single-Cell DNA Sequencing

https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-genom-111320-090436

지난 10년 동안 생명의 기본 단위인 단일 세포에 대한 게놈 분석이 가능해졌습니다. 단일 세포 DNA 시퀀싱은 체세포 돌연변이 유발, 유기체 발달, 게놈 기능 및 미생물학을 비롯한 다양한 연구 분야에서 이전에는 접근할 수 없었던 생물학적 질문에 대한 빛을 밝혀주었습니다. 단일 세포 DNA 시퀀싱은 또한 종양학, 생식능력 및 그 이상을 포괄하는 미래의 생의학 및 임상적 영향력을 약속합니다. RNA와 단백질을 프로파일링하는 단일 세포 접근 방식은 세포 다양성에 대한 이해를 크게 확장했지만, 생물학 및 중요한 생물 의학 응용 분야의 많은 근본적인 질문에는 단일 세포의 DNA 분석이 필요합니다. 여기에서는 단일 세포 DNA 염기 서열 분석이 고유하게 적합하거나 필요한 응용 분야와 생물학적 질문을 검토합니다.

 

Next-Generation Sequencing Technology: Current Trends and Advancements

https://www.mdpi.com/2079-7737/12/7/997

차세대 시퀀싱 기술: 현재 동향 및 발전

차세대 시퀀싱(NGS)은 유전체학 연구에 사용되는 강력한 도구입니다. NGS는 한 번에 수백만 개의 DNA 단편의 서열을 분석하여 게놈 구조, 유전적 변이, 유전자 활동 및 유전자 행동 변화에 대한 자세한 정보를 제공할 수 있습니다. 최근의 발전은 더 빠르고 정확한 시퀀싱, 비용 절감 및 향상된 데이터 분석에 중점을 두었습니다. 이러한 발전은 유전체학에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 질병 및 맞춤형 의료에 대한 이해를 향상하는 데 큰 가능성을 제시합니다. 이 리뷰 기사에서는 NGS 기술에 대한 개요와 NGS 기술이 임상 유전체학, 암, 전염병, 미생물 군집 연구 등 다양한 연구 분야에 미치는 영향을 제공합니다.

A Review on the Applications of Next Generation Sequencing Technologies as Applied to Food-Related Microbiome Studies

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2017.01829/full

식품 관련 미생물 연구에 적용되는 차세대 염기 서열 분석 기술의 응용에 대한 검토

차세대 염기 서열 분석(NGS) 기술의 발전으로 연구자들은 미생물의 세계를 더 넓고 깊은 관점에서 연구하고 이해할 수 있게 되었습니다. DNA 염기 서열 분석 기술의 현대적 진보는 박테리아 게놈의 더욱 정밀한 특성 규명을 가능하게 했을 뿐만 아니라, 게놈 본질이 환경이 특정 신체 생태인지 아닌지에 관계없이 환경에 서식하는 미생물의 결합된 유전 물질인 복잡한 미생물군집의 더 깊은 분류학적 식별을 제공했습니다. (예: 인간 장 내용물) 또는 식품 제조 시설 에코니쉬(예: 바닥 배수구). 현재까지 16S rDNA 시퀀싱, 메타유전체학 및 메타전사체학은 식품 관련 미생물군집의 분류학적 식별 및 특성화에 사용되는 세 가지 기본 시퀀싱 전략입니다. 이러한 시퀀싱 전략은 DNA 및 RNA 서열 식별을 위해 다양한 NGS 플랫폼을 사용했습니다. 전통적으로 16S rDNA 염기서열 분석은 식품 관련 미생물군집의 분류학적 구성을 이해하는 데 핵심적인 역할을 해왔습니다. 최근 메타게놈 접근법은 종 수준/균주 수준 특성화를 제공함으로써 미생물군집에 대한 이해를 향상시켰습니다. 또한, 메타전사체 접근법은 단일 미생물군집 내에서 서로 다른 미생물 군집 간의 복잡한 상호작용의 기능적 특성화에 기여했습니다. 많은 연구에서 발효 식품의 미생물군집 조사에 NGS 기술을 사용하는 것이 강조되었습니다. 그러나 비발효 식품의 미생물 연구에 NGS 기술을 활용하는 것은 제한적입니다.

 

The road ahead in genetics and genomics

https://www.nature.com/articles/s41576-020-0272-6#Sec12

유전학과 유전체학의 미래

Nature Reviews Genetics 20주년을 기념하여 우리는 12명의 주요 연구자에게 유전학과 유전체학 분야가 직면한 주요 과제와 기회에 대해 생각해 보도록 요청했습니다. 특정 연구 분야를 염두에 두고 그들은 현재의 활동 상태를 조사하고 궁극적으로 모든 사람이 유전 및 게놈 연구의 이점을 느낄 수 있도록 향후 몇 년 동안 수행해야 할 작업을 강조합니다.

 

Utility and Diversity: Challenges for Genomic Medicine

https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-genom-120220-082640

유용성과 다양성: 게놈 의학의 과제

게놈 정보는 침투성이 높은 유전적 조건을 넘어 침투성이 낮은 유전형과 일반적인 장애까지 확장되어 임상 치료에서 점점 더 많은 역할을 할 준비가 되어 있습니다. 그러나 이러한 변화로 인해 임상적 유용성에 대한 문제가 중요한 과제가 되었습니다. 게놈 정보의 다양한 용도를 평가하고 해당 정보를 획득하는 데 필요한 정보를 결정하려면 공동 노력이 필요합니다. 해당 프로세스가 공평한 이익을 제공하려면 또 다른 과제도 해결해야 합니다. 바로 게놈 데이터의 다양성 부족입니다. 현재의 게놈 지식은 주로 유럽계 인구로부터 나오므로, 게놈학의 건강상의 이점이 나타날 때 대부분 인구가 부족해질 위험이 있습니다. 이 두 가지 과제는 유전학자로서의 내 경력을 정의했으며 해결책은 학문적, 사회적 격차를 뛰어넘는 대화에서 시작되어야 한다는 점을 가르쳐 주었습니다.

 

 

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