차세대 시퀀싱(NGS)

검사실에서 NGS를 처음 접하는 과학자
초보자를 위한 차세대 시퀀싱

NGS의 기초를 소개하고, 첫 실험 계획에 유용한 팁과 튜토리얼을 제공합니다.

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차세대 시퀀싱이란 무엇인가요?

차세대 시퀀싱(Next-generation sequencing, NGS)은 초고처리량(ultra-high throughput), 확장성, 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, 검사실에서 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.

파란색 장갑을 착용한 사람이 시퀀싱 기기 옆의 종이를 가리키고 있음

NGS 애플리케이션

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.

  • 신속한 전장 유전체 시퀀싱
  • 표적 영역의 딥 시퀀싱
  • RNA 시퀀싱(RNA-Seq)을 활용한 새로운 RNA 변이 및 스플라이스 부위(splice site)의 발견 또는 유전자 발현(gene expression) 분석 시 mRNA의 정량화
  • 전장 유전체의 DNA 메틸화 및 DNA와 단백질의 상호작용, 크로마틴 접근성과 같은 후성유전적 인자의 분석
  • 희귀 체세포(somatic) 변이, 종양 하위클론(subclone) 등의 연구를 위한 암 샘플의 시퀀싱
  • 인간 마이크로바이옴(microbiome)의 연구
  • 새로운 병원체의 식별

NGS 애플리케이션에 대해 더 알아보기

Illumina 합성에 의한 시퀀싱(SBS) 워크플로우 개요 비디오 웹 그래픽

Illumina NGS는 어떻게 작동하나요?

Illumina의 NGS 기술은 기존의 생어(Sanger)가 개발한 사슬종결법(chain-termination method)과는 근본적으로 다른 접근법을 사용합니다. 이 기술은 DNA 사슬이 복사될 때 표지된 뉴클레오타이드의 추가를 추적하는 sequencing by synthesis(SBS)를 대규모 병렬형 방식으로 활용합니다.

차세대 시퀀싱 기술은 대량의 DNA 시퀀싱 데이터를 생성하며 기존 Sanger 시퀀싱보다 비용과 시간이 적게 소요됩니다.1,2 Illumina 시퀀싱 시스템은 기기 유형과 구성에 따라 한 번의 런으로 300킬로베이스에서 최대 테라베이스에 이르는 데이터 생성량을 제공할 수 있습니다.

SBS에 대해 더 알아보기

Illumina NGS 방법 가이드

In-depth NGS introduction

Illumina 시퀀싱의 상세 개요에는 유전체 과학의 진보, 시퀀싱 기술의 중요 발전 사항, 주요 방법, Illumina 시퀀싱 chemistry의 기본 사항 등이 기술되어 있습니다.

소개 읽기
방법 가이드

BeadChip부터 유전체(genome), 전사체(transcriptome) 또는 후성유전체(epigenome) 연구를 위한 라이브러리 준비, 시퀀싱 기기 선택, 분석, 지원에 이르기까지 필요한 정보를 모두 한 곳에서 확인하세요. 연구 애플리케이션을 위해 특별히 설계된 종합 가이드를 이용하여 검사실에 가장 적합한 도구를 선택하세요.

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방법 가이드

NGS의 주요 이점

접근이 용이한 전장 유전체 시퀀싱

모세관 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.

WGS에 대해 더 알아보기

발현 프로파일링을 위한 넓은 다이나믹 레인지

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, 차세대 시퀀싱은 개별적인 디지털 시퀀싱 리드 수를 정량화하여 더 넓은 동적 범위를 제공합니다.3,4,5

마이크로어레이와 RNA-Seq 비교

표적 NGS를 위한 조정 가능한 해상도

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 요구 사항에 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.

다음 사항에 대해 더 알아보세요.

NGS 기술의 발전

최근 Illumina는 다음과 같은 NGS 기술 혁신을 이루어 냈습니다.

  • XLEAP-SBS chemistry: 이러한 혁신은 표준 sequencing by synthesis(SBS) chemistry에 비해 더 빠른 속도와 더 높은 충실도를 제공합니다.
  • 최대 16 Tb: NovaSeq X 시리즈는 데이터 집약적인 애플리케이션을 구동할 수 있는 탁월한 시퀀싱 성능을 제공합니다. 
  • 혁신적인 속도와 단순성: MiSeq i100 시리즈는 간소화된 운영과 직관적인 온보드 데이터 분석을 통해 벤치탑 시퀀싱 실행 시간을 4시간으로 단축합니다. 
  • 반도체 시퀀싱: 이 기술은 CMOS(보완형 금속산화물 반도체) 칩과 SBS를 결합하여 소형 기기에서 높은 정확도의 데이터를 제공합니다.
  • 패턴화된 플로우 셀 기술: 이러한 발전은 다양한 시퀀싱 애플리케이션을 위한 탁월한 수준의 처리량을 제공합니다. 
XLEAP-SBS chemistry 개발

Illumina R&D 팀은 이 온디맨드 웨비나에서 XLEAP-SBS chemistry을 구축하기 위해 진행된 작업을 소개합니다.

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과학자들이 NGS를 사용하는 방법

다양한 분야의 연구자들이 차세대 시퀀싱을 어떤 식으로 활용하여 획기적인 발견을 하고 있는지 확인해 보세요.

마이크로바이옴 연구로 신약 개발 촉진

NGS 기반 전장 유전체 시퀀싱 및 전사체학은 연구자와 제약회사에 약제 발견 및 개발을 구체화할 수 있는 데이터를 제공합니다.

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종양 미세환경 살펴보기

여러 과학자들이 암 미세환경(microenvironment) 연구, 유전자 발현 패턴 규명, 약물 내성 및 전이에 대한 인사이트를 얻기 위해 단일세포 NGS 기법을 활용하고 있습니다.

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비침습적 생체표지자로서의 세포유리 RNA

이 연구는 생체표지자의 발견과 비침습적 의료 모니터링 분야에 대한 순환 세포유리 RNA 시퀀싱의 광범위한 활용 가능성을 보여 줍니다.

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멀티오믹스로 연구 확장

유전체학, 전사체학, 후성유전학, 단백질체학의 데이터를 결합함으로써, 연구자들은 정상 발달, 세포 반응 및 질병의 원인이 되는 분자 변화를 보다 포괄적으로 이해할 수 있습니다. NGS를 사용하여 다중체학 실험을 수행하여 생체표지자를 식별하고 유전형과 표현형을 연결하는 등 다양한 작업을 수행합니다.

멀티오믹스에 대해 더 알아보세요.
멀티오믹스를 통한 연구 혁신

NGS 사용 시작하기

기기 구매 지침

아래 리소스는 차세대 시퀀싱 기기 구매를 고려하고 있는 과학자에게 유용한 지침을 제공합니다.

NGS 실험 고려 사항

시퀀싱 런 계획에 도움이 되는 리드 길이(read length), 커버리지(coverage), 품질 점수(quality score) 및 기타 실험 고려 사항을 확인해 보세요.

대화형 도구를 사용하여 맞춤형 NGS 프로토콜을 생성하거나 프로젝트에 적합한 제품과 방법을 선택해 보세요.

실험 계획 시작

DNA와 파란색 그라데이션 배경

NGS 검사실 자료

  • 시퀀싱 방법: 전장 유전체 시퀀싱에서 mRNA-Seq, 엑솜 시퀀싱, 단일세포 시퀀싱 등에 이르기까지 광범위한 방법을 탐색합니다.
  • 고처리량 시퀀싱: 더 많은 샘플을 처리하여 통계적 검정력을 높여 보세요. 최신 대규모 시퀀싱 런을 사용하여 데이터가 풍부한 애플리케이션을 비용 효율적으로 실행하세요. 
  • 라이브러리 준비 자동화: 대량의 NGS 라이브러리를 준비해야 하는 검사실을 위해 설계된 자동 리퀴드 핸들링(liquid handling) 솔루션을 확인해 보세요.
  • NGS 데이터 보관: 방대한 양의 NGS 데이터와 기타 유전체 데이터를 안전하게 보관하세요.
시퀀싱 진행 중
검증된 벤치탑 시퀀싱 솔루션

Illumina는 과학자들이 연구를 발전시키고 가속화할 수 있도록 지원하는 벤치탑 시퀀싱 솔루션에 대한 입증된 실적을 제공합니다.

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모든 벤치탑 시퀀서 보기
NGS를 수행하는 방법에 대해 더 자세히 알고 싶으신가요? 안내를 신청하시면 영업 담당자가 연락하여 안내해 드리겠습니다.

주요 웨비나

단일세포 멀티오믹스: RNA-Seq 그리고 그 너머

National Cancer Institute의 Michael Kelly 박사가 기초 과학과 중개 연구 모두에서 단일세포 및 공간 기술의 활용에 대해 설명합니다.

암 연구에서의 NGS에 대한 재정의

전문가들은 암 연구 발전에 있어 NGS의 장점과 과제를 강조하고, 미래의 암 진단 및 치료에 통합된 멀티오믹스 접근법이 어떻게 사용될 수 있는지에 대해 논의합니다.

미생물학 임상시험의 NGS

Arryn Craney 박사는 미생물학 임상 연구 검사실을 위한 NGS 구현 옵션과 호흡기 병원체 시퀀싱에 대한 실무 경험을 논의합니다.

유전체학 뉴스

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More than a quarter of cases in the Australian Cerebral Palsy Biobank traced to gene variation

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Researchers at Okayama University in Japan use Illumina Connected Analytics with DRAGEN pipelines for analyzing whole-genome, exome, transcriptome, and metagenome data

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Illumina iHope China 프로그램은 2024년에 1800개 가정에 유전자 검사를 제공하여 전국적으로 그 범위와 영향력을 확대할 것입니다.

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추가 자원

RNA 시퀀싱(RNA-Seq)

RNA-Seq은 차세대 시퀀싱을 사용하여 전사체 전체에 걸쳐서 발현을 분석함으로써, 과학자들이 기존에 알려진 특징 또는 새로운 특징을 포착하고 RNA를 정량화할 수 있게 해 줍니다.

시퀀싱 서비스

고품질 데이터 및 광범위한 과학적 전문 지식을 제공하며 신속하고 신뢰도 높은 차세대 시퀀싱(NGS) 서비스를 이용하세요.

Illumina NGS 및 마이크로어레이 트레이닝

Illumina의 전문 강사와의 상호작용형 교육 및 실습 교육을 활용해 보세요. Illumina는 온라인 과정, 웨비나, 비디오, 팟캐스트 또한 제공해 드리고 있습니다.

참고 문헌
  1. Bentley DR, Balasubramanian S, Swerdlow HP, et al. Accurate Whole Human Genome Sequencing using Reversible Terminator Chemistry. Nature. 2008; 456 (7218): 53–59.
  2. Shendure J and Ji H. Next-generation DNA sequencing. Nat Biotechnol. 2008; 26(10): 1135-1145.
  3. Wang Z, Gerstein M, Snyder M. RNA-Seq: a revolutionary tool for transcriptomics. Nat Rev Genet. 2009; 10: 57–63.
  4. Wilhelm BT, Landry JR. RNA-Seq—quantitative measurement of expression through massively parallel RNA sequencing. Methods. 2009; 48: 249–57.
  5. Zhao S, Fung-Leung WP, Bittner A, and Ngo K, Liu X. Comparison of RNA-Seq and microarray in transcriptome profiling of activated T cells. PLoS One. 2014; 16;9(1): e78644.