차세대 시퀀싱(Next-generation sequencing, NGS)은 초고처리량(ultra-high throughput), 확장성 및 빠른 속도를 제공하는 대규모 병렬형 시퀀싱(massively parallel sequencing) 기술입니다. 이 기술은 유전체(genome) 전체 또는 DNA나 RNA의 표적 영역에서 뉴클레오티드(nucleotide)의 순서를 결정하는 데 사용됩니다. NGS는 생명과학 연구 분야에 혁신을 일으켰으며, 실험실에서 다양한 애플리케이션을 수행하고 이전에는 시도하기 힘들었던 수준의 생물학적 시스템을 연구할 수 있게 해 줍니다.
오늘날의 복잡한 유전체 연구 문제는 기존의 DNA 시퀀싱 기술의 역량을 넘어서는 깊이 있는 정보를 요구합니다. NGS는 바로 이 부족한 역량을 보완해 주었으며 이러한 연구 문제에 대한 해답을 제시하는 일상적인 도구가 되었습니다.
NGS 기술은 과학자들이 묻고 답할 수 있는 질문의 종류를 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 혁신적인 샘플 준비 옵션과 데이터 분석 옵션을 통해 광범위한 애플리케이션을 지원합니다. 예를 들어, NGS는 검사실에서 다음과 같은 작업을 수행할 수 있도록 해 줍니다.
Illumina의 NGS 기술은 기존의 생어(Sanger)가 개발한 사슬종결법(chain-termination method)과는 근본적으로 다른 접근법을 사용합니다. Illumina NGS는 sequencing by synthesis(SBS) 즉, DNA 사슬이 복제될 때 표지된 뉴클레오티드의 첨가를 추적하는 기술을 대규모 병렬 방식으로 활용합니다.
NGS는 대량의 DNA 시퀀싱 데이터를 생성하며, 기존의 생어 시퀀싱에 비해 시간과 비용이 적게 듭니다.2 Illumina의 시퀀싱 시스템은 기기 및 구성에 따라 1회의 런(run)을 통해 300킬로베이스(kilobase)에서 최대 수 테라베이스(terabase)에 달하는 데이터를 생성할 수 있습니다.
Illumina 시퀀싱의 상세 개요에는 유전체 과학의 진보, 시퀀싱 기술의 중요 발전 사항, 주요 방법, Illumina 시퀀싱 chemistry의 기본 사항 등이 기술되어 있습니다.
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사용이 용이하고 직관적인 Illumina 도구는 시퀀싱 데이터 분석을 간소화하여, 워크플로우 구성에 할애하는 시간을 줄이고 연구에 집중할 수 있게 해 줍니다.
BeadChip부터 유전체(genome), 전사체(transcriptome) 또는 후성유전체(epigenome) 연구를 위한 라이브러리 준비, 시퀀싱 기기 선택, 분석 및 지원에 이르기까지 필요한 정보를 모두 한 곳에서 확인하세요. 연구 애플리케이션을 위해 특별히 설계된 종합 가이드를 이용하여 실험실에 가장 적합한 도구를 선택하세요.
가이드 열람하기모세관 전기영동(capillary electrophoresis) 기반의 생어 시퀀싱을 활용한 Human Genome Project에는 10년이 넘는 기간 동안 약 30억 달러가 투입되었습니다.
그에 반해 NGS는 일반 연구자가 대규모 전장 유전체 시퀀싱(whole-genome sequencing, WGS)에 더 쉽고 실용적으로 접근할 수 있도록 해 줍니다. 이를 통해 과학자들은 한 번의 시퀀싱 실험으로 인간 전장 유전체를 분석하거나, 1년에 수천에서 수만 개의 유전체를 시퀀싱할 수 있습니다.
NGS 기반 RNA-Seq은 연구자들이 마이크로어레이(microarray)와 같은 기존 기술의 비효율성과 비용 문제를 해결할 수 있게 해 주는 강력한 방법입니다. 마이크로어레이 유전자 발현량 측정은 낮은 부분(low end)의 경우 노이즈, 높은 부분(high end)의 경우 시그널 포화로 인한 한계가 존재합니다.
반면, NGS는 개별적인 디지털 시퀀싱 리드(read) 수를 정량화하므로 보다 더 넓은 동적 범위를 제공합니다.1,2,3
표적 시퀀싱은 유전자의 하위 집합 또는 특정 관심 유전체 영역을 시퀀싱하여 NGS의 성능을 효율적이고 비용 효과적으로 집중할 수 있게 해 줍니다. 확장성이 매우 우수한 NGS는 연구자가 실험 요건에 따라 해상도를 조정할 수 있도록 해 줍니다. 많은 샘플을 사용하여 낮은 뎁스(depth)에서 스캔을 수행할 수도 있고, 비교적 적은 수의 샘플을 사용하여 더 높은 뎁스에서 시퀀싱을 수행하여 특정 영역에서 희귀 변이를 찾을 수도 있습니다.
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최근 Illumina는 다음과 같은 NGS 기술 혁신을 이루어 냈습니다.
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영국 전역에 걸쳐 진행된 이 연구에서는 감염 취약성과 연관성이 있는 유전적 요인을 파악하기 위해 NGS를 활용하여 중증 및 경증 COVID-19 환자의 유전체를 비교하였습니다.
여러 과학자들이 암 미세환경(microenvironment) 연구, 유전자 발현 패턴 규명, 약물 내성 및 전이에 대한 인사이트를 얻기 위해 단일세포 NGS 기법을 활용하고 있습니다.
이 연구는 바이오마커의 발견과 비침습적 의료 모니터링 분야에 대한 순환 세포유리 RNA(circulating cell-free RNA) 시퀀싱의 광범위한 활용 가능성을 보여 줍니다.
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NGS는 감염병 감시 시스템 및 발생 모형에서 독보적인 위치를 차지하고 있습니다. SARS-CoV-2 및 기타 호흡기 병원체의 검출 및 특성 규명, 전파 추적, 동시 감염 연구, 바이러스 진화 연구에 권장되는 NGS 방법을 알아보세요.
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