تکنیک توالی یابی نسل جدید - ان جی اس

تکنیک NGS چیست و تعریف آن در ژنتیک مولکولی

تکنیک NGS مجموعه ای از روش های توالی یابی پرظرفیت است که امکان تعیین توالی میلیون ها قطعه DNA یا RNA را به صورت موازی فراهم می کند. برخلاف روش سنگر که هر بار تنها یک قطعه را توالی یابی می کند، NGS قابلیت تحلیل جامع ژنوم و ترنسکریپتوم را دارد.

اهمیت تکنیک NGS در علوم زیستی و پزشکی

NGS نقش کلیدی در تشخیص بیماری های ژنتیکی، شناسایی جهش ها، مطالعات سرطان، ژنتیک جمعیت و پزشکی شخصی سازی شده دارد. سرعت بالا، حساسیت زیاد و کاهش هزینه به ازای هر باز، این تکنیک را به ابزار اصلی آزمایشگاه های مدرن تبدیل کرده است.

تاریخچه و تکامل تکنیک NGS

پس از محدودیت های روش سنگر، نخستین پلتفرم های NGS در اوایل دهه ۲۰۰۰ معرفی شدند. با گذشت زمان، نسل های جدید این فناوری با دقت بالاتر، خوانش طولانی تر و خطای کمتر توسعه یافتند و کاربردهای بالینی پیدا کردند.

مراحل اصلی تکنیک NGS

فرآیند NGS شامل استخراج DNA یا RNA، آماده سازی کتابخانه، اتصال آداپتورها، تکثیر کلونال یا آنزیمی، توالی یابی و تحلیل داده ها است. هر مرحله تأثیر مستقیمی بر کیفیت نهایی نتایج دارد.

آماده سازی کتابخانه در تکنیک NGS

در این مرحله، اسید نوکلئیک به قطعات کوچک تر شکسته شده و آداپتورهای اختصاصی به دو سر آن متصل می شوند. طراحی صحیح کتابخانه باعث افزایش عمق پوشش و کاهش خطاهای توالی یابی می شود.

پلتفرم های رایج تکنیک NGS

پلتفرم هایی مانند Illumina، Ion Torrent، BGI و Oxford Nanopore از مهم ترین سیستم های NGS هستند. هر یک از این پلتفرم ها ویژگی های خاصی از نظر طول خوانش، دقت، سرعت و کاربرد دارند.

انواع تکنیک NGS بر اساس هدف توالی یابی

تکنیک NGS به اشکال مختلفی اجرا می شود. توالی یابی کل ژنوم (WGS) کل DNA ژنومی را بررسی می کند. توالی یابی اگزوم (WES) تنها نواحی کدکننده را هدف قرار می دهد. توالی یابی هدفمند (Targeted Sequencing) روی ژن ها یا نواحی خاص متمرکز است.

تکنیک NGS در ترنسکریپتومیکس و RNA-Seq

RNA-Seq مبتنی بر NGS امکان بررسی بیان ژن ها، ایزوفرم ها، RNAهای غیرکدکننده و مسیرهای تنظیمی را فراهم می کند. این روش نقش مهمی در مطالعات بیماری های پیچیده و سرطان دارد.

مقایسه تکنیک NGS با توالی یابی سنگر

در حالی که روش سنگر دقت بالایی دارد اما ظرفیت پایینی دارد، تکنیک NGS امکان تحلیل هم زمان میلیون ها توالی را فراهم می کند. NGS برای مطالعات گسترده ژنومی مناسب تر است، در حالی که سنگر هنوز برای تأیید واریانت ها استفاده می شود.

تکنیک NGS و تحلیل بیوانفورماتیکی

داده های خام NGS بسیار حجیم هستند و نیاز به تحلیل بیوانفورماتیکی دارند. این تحلیل شامل کنترل کیفیت، هم ترازی با ژنوم مرجع، شناسایی واریانت ها و تفسیر زیستی داده ها است.

کاربردهای تکنیک NGS در پزشکی ژنتیک

NGS در تشخیص بیماری های تک ژنی، بیماری های نادر، ناهنجاری های کروموزومی و غربالگری ناقلین کاربرد دارد. این تکنیک پایه اصلی مشاوره ژنتیک مدرن محسوب می شود.

نقش تکنیک NGS در سرطان شناسی

در انکولوژی، NGS برای شناسایی جهش های سوماتیک، بررسی هتروژنیسیته تومور، انتخاب درمان هدفمند و پایش مقاومت دارویی استفاده می شود. این روش نقش مهمی در درمان های شخصی سازی شده دارد.

کاربرد تکنیک NGS در آزمایشگاه های تشخیصی

در آزمایشگاه های بالینی، NGS برای پنل های ژنتیکی، تشخیص پیش از تولد، بررسی اختلالات متابولیک و بیماری های ارثی استفاده می شود. دقت بالا و توان تشخیص هم زمان چندین ژن از مزایای اصلی آن است.

دقت و محدودیت های تکنیک NGS

با وجود دقت بالا، NGS محدودیت هایی مانند خطاهای توالی یابی، نیاز به زیرساخت بیوانفورماتیکی و تفسیر پیچیده واریانت ها دارد. انتخاب پلتفرم مناسب این چالش ها را کاهش می دهد.

تکنیک NGS و اخلاق زیستی

استفاده گسترده از NGS مسائل اخلاقی مانند حریم خصوصی داده های ژنتیکی، یافته های اتفاقی و نیاز به مشاوره ژنتیک تخصصی را مطرح می کند.

جایگاه تکنیک NGS در تحقیقات ژنومیکس

NGS ستون اصلی پروژه های ژنومی بزرگ، مطالعات تنوع ژنتیکی، اپی ژنتیک و ژنتیک تکاملی است و امکان بررسی ساختار و عملکرد ژنوم را فراهم می کند.

آینده تکنیک NGS

پیشرفت در فناوری های توالی یابی، کاهش هزینه ها و توسعه کاربردهای بالینی باعث شده تکنیک NGS به یکی از ارکان اصلی پزشکی آینده تبدیل شود.