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下一代测序背后的历史

过去的60年见证了创新的发展下一代测序(NGS)技术研究人员和临床医生通过确定种系或体细胞突变来诊断、监测和管理疾病和紊乱。不同领域的科学家利用下一代测序技术可以在几天甚至几个小时内确定核酸链的序列,比如DNA或RNA。尽管NGS技术在医学和科学领域相对较新,但这些技术已经迅速重新定义了基因组学研究。

SMRT测序和纳米孔测序

两种主要的长读数NGS技术是单分子实时测序(SMRT)和纳米孔测序。SMRT测序涉及到研究人员将DNA链圆化,并使用聚合酶整合标记的碱基,在整合时发出光。研究人员探测到光,并利用它来实时测量核苷酸的合并。同时,当DNA链通过蛋白质纳米孔时,纳米孔测序需要研究人员测量电流的变化。然后他们解码这些变化来破译序列。

尽管这些技术目前处于NGS的前沿,但自NGS开始以来,这些技术已经取得了长足的进步。在这里,我们将深入研究自20世纪50年代发现DNA基本双螺旋结构以来,NGS所进行的旅程。

下一代测序背后的历史

自从发现DNA基本的双螺旋结构以来,科学家们投入了大量的时间和精力来了解DNA的分子结构。而且,自从2003年人类基因组计划完成以来,科学家们将这些努力引向了NGS技术的发展。因此,今天,科学家们可以在一天内对整个人类基因组进行测序,花费不到1000美元。

七十年代的发展

1972年,保罗·伯格开发了第一个DNA测序技术。这项技术使分离确定的DNA片段成为可能,并为现代基因工程的发展铺平了道路。在这项技术出现之前,科学家们只使用噬菌体和病毒DNA进行测序。

1973年,沃尔特·吉尔伯特发表了第一个核苷酸序列。该序列由DNA的24个碱基对组成虫胶操作符。几年后,在1977年,弗雷德里克·桑格(Frederick Sanger)对噬菌体(phi X174)的第一个完整DNA基因组进行了著名的测序。他接着开发了“链终止抑制剂DNA测序”方法,沃尔特·吉尔伯特在此基础上发展了“化学降解DNA测序”方法。

1980年代的发展

近十年后的1986年,Leroy Hood在加州理工学院宣布了一项新发明,第一台半自动DNA测序机。研究人员和科学家使用这种机器来绘制遗传物质的图谱并对其进行测序。时间快进到1987年,应用生物系统公司推出了ABI370,这是第一台自动测序机,使几个研究项目取得进展。

1990年代的发展

1990年,人类基因组计划正式启动,研究团队来自美国、英国、德国、法国、日本、中国和印度。再往前走几年,1998年,Eric Kawashima、Laurent Farinelli和Pascal Mayer在日内瓦生物医学研究所提出了“核酸扩增方法”的概念,这是NGS历史上的一个重要里程碑。

2000年的发展

到2000年,人类基因组计划利用基因组学和序列分析的进步完成了人类基因组的粗略草图。从这里开始,Illumina后来收购的Lynx Therapeutics公司推出了大规模并行签名测序(MPSS)技术。国际研究人员随后完成了人类基因组计划,该计划总共耗时13年,耗资约27亿美元。

截至21日世纪以来,开发人员开发了更多的NGS技术,提供了具有成本效益、高效、快速和准确的测序方法,大大改进了过时的桑格方法。首先,在2004年,454生命科学公司发布了Roshe GS20,新一代焦磷酸测序技术,也是市场上第一个NGS平台。该平台改变了DNA测序,使其有可能产生多达2000万个碱基对。

2008年,第一篇关于利用下一代测序技术研究人类基因组序列的论文发表。同年,科学家们利用NGS首次产生了单个基因组:詹姆斯·沃森的个人基因组序列估计耗资100万美元。

2014年,Illumina发布了HiSeq X Ten测序仪,并声称已经生产出了第一个1000美元的基因组(尽管达到这一里程碑需要数千万美元的前期投资)。这一发展见证了Illumina垄断行业;该公司占据了70%的DNA测序器市场,占全球范围内所有DNA数据的90%以上。

然后,在2018年,Veritas Genetics以199美元的价格向1000名客户提供全基因组测序服务。一年后的2019年,美国国家人类基因组研究所(National Human Genome Research Institute)报告称,对一个完整人类基因组进行测序的价格已降至942美元,超过了摩尔定律的预测。

下一代测序技术继续发展

今天,研究人员和科学家将NGS技术应用于多个应用领域,如宏基因组学、RNA测序和全基因组测序。随着开发人员继续使这些技术现代化,我们将看到它们在越来越多的基因组实验室中成为高效、负担得起的解决方案。例如,最新的NGS技术已经通过使用单细胞测序技术对特定阶段的细胞核酸进行了精确的分析。这些技术规避了对样本平均读数的需要,这可能会产生误导。

开发人员也在打磨新的空间测序技术,科学家和研究人员可以使用该技术直接对样本进行测序。这种技术为数据提供了一种特殊的分辨率,使研究人员能够在自然环境中检查细胞的组成和相互作用。这些技术还最大限度地减少了测序的时间和成本,同时最大化了准确性。

基达尔D. (5616个帖子

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