롱 리드 시퀀싱 기술

롱 리드로 복잡한 유전체 영역에 대한 심층적인 인사이트

롱 리드 시퀀싱(Long-read sequencing) 기술은 매우 반복적이고 상동성이 높은 영역과 같이 다루기 까다로운 유전체 영역을 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.

롱 리드 시퀀싱이란 무엇인가?

롱 리드 시퀀싱은 기존의 쇼트 리드 시퀀싱(short-read sequencing) 방법보다 훨씬 더 긴 DNA 절편의 시퀀싱을 가능케 하는 DNA 시퀀싱 접근법입니다. 쇼트 리드로 대부분의 유전자 변이를 포착할 수 있지만 롱 리드 시퀀싱을 사용하면 쇼트 리드로 검출하기 어려운 유전체의 복잡한 구조적 변이를 검출할 수 있습니다. 이러한 변이에는 큰 역위(inversion), 결실(deletion) 또는 전위(translocation)가 포함되며, 그중 일부는 유전 질환과 관련이 있습니다.

롱 리드 시퀀싱의 장점

롱 리드 시퀀싱 기술은 수천 개의 염기를 시퀀싱하여 유전체의 까다로운 영역을 해결하는 것을 도와 다음을 가능하게 합니다.

  • 기존 방법으로 매핑하기 어려운 유전자 또는 유전체 영역(예: 다른 영역과의 상동성을 지니거나 매우 반복적인 요소 포함) 해결
  • 공동 유전된 대립유전자, 일배체형(haplotype) 정보 및 위상 de novo 돌연변이를 식별하기 위해 페이징된 시퀀싱 수행
  • De novo 어셈블리 및 유전체 마무리 애플리케이션을 위한 롱 리드 생성

장기 유전체 인사이트

Illumina 매핑된 리드 기술은 과학자가 대규모 구조 변이를 감지하고 매핑하기 어려운 영역을 해결하는 데 도움이 되는 장거리 유전체 정보를 제공합니다. 기술적으로는 쇼트 리드 기술이지만, 매핑된 리드 기술은 온 플로우 셀 라이브러리 준비와, 인접한 나노웰의 클러스터에서 얻은 근접성 정보를 통합하는 새로운 인포매틱스를 활용하여 정확한 장거리 유전체 인사이트를 제공합니다. 이 고유한 워크플로우는 원래의 긴 DNA 템플릿과 그로부터 생성된 짧은 시퀀싱 리드 간의 연결을 유지함으로써 구조적 변이의 향상된 검출, 유전적 변이의 초장거리 페이징 및 복잡성이 낮은 영역에서의 매핑 개선을 가능하게 합니다.

매핑된 리드 기술에 대해 더 알아보기

Illumina Complete Long Read 시퀀싱 기술 소개
Illumina 매핑된 리드 기술은 어떻게 작동합니까?

DNA 템플릿을 표준 또는 고분자량 방법을 사용하여 샘플에서 추출한 후 플로우 셀 표면에 직접 도입하며, 여기에서 DNA는 캡처된 후 클러스터로 변환되고 시퀀싱됩니다. 긴 DNA 템플릿을 플로우 셀에 직접 유도함으로써, 인접 나노웰이 클러스터가 DRAGEN 2차 분석에서 신규 알고리즘을 사용해 원시 템플릿에 다시 매핑될 수 있게 하는 컨스텔레이션 유사 패턴을 생성합니다. 이는 참조 유전체에 대한 리드 매핑을 크게 개선하고, 과학자들이 짧은 리드 SBS 시퀀싱의 정확성과 확장성으로 장거리 유전체 인사이트를 얻을 수 있게 해줍니다.

롱 리드 시퀀싱의 추가 이점

롱 리드 시퀀싱 기술은 임상적으로 중요한 일부 유전자의 분해능을 높이면서 일부 기존 DNA 시퀀싱 애플리케이션의 효율성과 정확성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

이러한 장점으로 인해 인간 유전체의 페이징된 재시퀀싱과 식물 및 동물 유전체의 신속한 de novo 시퀀싱이 가능합니다.

생성된 긴 리드는 일반적으로 둘 이상의 이형접합성 단일 염기 다형성(SNP)에 걸쳐 있으며, 이는 페이징 적용 동안 이를 정확한 모체 또는 부체 염색체에 매핑하는 것을 용이하게 할 수 있습니다.

긴 리드는 또한 큰 반복 모티프에 걸쳐 있을 수 있으며, 이는 도전적인 서열 및 드 노보 시퀀싱(de novo sequencing)에서의 매핑을 단순화합니다.

대체 장거리 유전체학 기술: 연결된 리드

TELL-Seq(transposase enzyme-linked long-read sequencing) 기술은 연결된 리드를 사용하여 비연속적인 장거리 데이터를 생성함으로써 de novo 어셈블리 또는 초장거리(> 1 Mb) 페이징을 위한 정보를 제공합니다. 이 대체 시퀀싱 데이터 유형은 새롭거나 복잡한 유전체에 대한 표준 쇼트 리드를 보완하는 데 사용할 수 있습니다.

TELL-Seq을 통한 초장거리 페이징

TELL-Seq 기술은 매우 긴 페이징 블록을 생성하여 유전체 페이징 연구를 수행할 수 있는 액세스 가능한 솔루션을 제공합니다.

TELL-Seq을 통한 미생물 de novo 어셈블리

TELL-Seq은 까다로운 샘플 또는 GC 함량이 높은 영역에서도 미생물 WGS에 대한 탁월한 성능을 보여줍니다.

TELL-Seq을 통한 곤충 유전체 조립

이 녹화된 웨비나에서 연구자들이 TELL-Seq(transposase enzyme-linked long-read sequencing)을 사용하여 9가지 곤충 종의 유전체를 시퀀싱하고 조립하는 방법을 알아보세요.

자주 묻는 질문

짧은 리드 시퀀싱은 일반적으로 50~600bp의 짧은 DNA 절편을 시퀀싱하는 것을 포함하며, 저렴한 비용으로 높은 데이터 품질과 시퀀싱 뎁스를 제공합니다. Illumina SBS(Short-Read sequencing by synthesis)는 50~600개의 DNA 염기 길이로 매우 정확한 리드를 생성합니다. Short-read SBS는 쉽게 확장 가능하며 전장 유전체까지 유전체의 집중된 부분을 표적으로 할 수 있습니다.

롱 리드 시퀀싱은 수만 개의 염기를 생성할 수 있습니다. 롱 리드 시퀀싱은 완전한 참조 없이 유전체를 시퀀싱하고, 대규모 구조적 재배열을 식별하고, 유전체의 낮은 복잡성 영역을 통한 시퀀싱과 함께 몇 가지 이점을 제공합니다.

Illumina 쇼트 리드 시퀀싱의 주요 이점은 높은 정확도의 합성 시퀀싱(SBS) 화학, 작은 패널에서 전체 유전체까지 assay 설계의 유연성, 개별 유전체 조사부터 대규모 모집단 이니셔티브에 이르기까지 모든 것을 위한 다양한 기기 및 솔루션을 통한 확장성입니다. 짧은 리드 시퀀싱은 인간 유전체의 대부분을 시퀀싱할 수 있지만, 반복적인 모티프, 다른 유전체 영역과 상동성을 갖는 모티프, 또는 해결하기 어려울 수 있는 큰 구조 요소를 갖는 매우 작은 백분율이 있습니다. Illumina 매핑된 리드 기술은 과학자가 이러한 매핑하기 어려운 영역을 해결하는 데 도움이 되는 장거리 유전체 정보를 제공합니다.

매핑된 리드 기술에 대해 더 알아보기

롱 리드 데이터와 상호보완하는 쇼트 리드 정보를 결합하는 것이 유리할 수 있습니다. 많은 롱 리드 시퀀싱 기술은 시간과 노력이 많이 드는 워크플로우와 매우 가변적인 결과를 가집니다.1-4쇼트 리드(보통 50~600 bp)는 낮은 비용으로 높은 데이터 품질과 시퀀싱 뎁스(depth)를 제공합니다. 쇼트 리드 시퀀싱은 고급 NGS 데이터 분석을 통해 뛰어난 정확도로 전장 유전체 변이 콜을 생성할 수 있습니다. 또한 유전체 영역의 작은 부분은 매핑이 어려운 유전자의 분해능을 개선하는 롱 리드 정보로 이점을 얻을 수 있습니다.
링크드 리드 시퀀싱은 쇼트 리드 시퀀싱의 정확도로 롱 리드 시퀀싱의 장거리 정보를 얻으려고 시도하는 방법의 범주입니다. 이러한 방법은 긴 DNA 템플릿을 수정하여 분석 중에 더 긴 시퀀스를 매핑하는 데 사용되는 화학적 태그 또는 시퀀스 바코드를 도입합니다.
링크드 리드 시퀀싱의 주요 단점은 템플릿 수정 및 추가 분석 단계가 복잡성과 비용을 증가시켜 많은 랩의 사용성과 확장성을 제한한다는 것입니다. 긴 리드는 참조 없이 유전체를 매핑하고, 반복 영역에서 정확하게 매핑하고, 변이를 페이징하고, 큰 구조적 변이를 식별할 때 여전히 유리할 수 있습니다.
합성 롱 리드 시퀀싱에는 고유한 시퀀스 바코드 또는 화학적 태그로 긴 DNA 템플릿에 태그를 지정하고 DNA를 단편화하는 작업이 포함됩니다. 그런 다음, DNA 단편을 짧은 판독 시퀀싱 기기에서 시퀀싱하고, 특수 생물정보학 소프트웨어를 사용하여 합성된 긴 리드로 조립합니다. 이 소프트웨어는 바코드를 사용하여 DNA 조각을 원래의 긴 DNA 템플릿에 다시 매핑합니다.
합성 롱 리드 시퀀싱의 주요 단점은 DNA 템플릿 수정 및 추가 계산 분석 단계가 복잡성과 비용을 증가시켜 많은 랩의 유용성과 확장성을 제한한다는 것입니다.

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참고 문헌
  1. Pacific Biosciences. Preparing DNA for PacBio HiFi sequencing—Extraction and quality control. pacb.com/wp-content/uploads/Technical-Note-Preparing-DNA-for-PacBio-HiFi-Sequencing-Extraction-and-Quality-Control.pdf.
  2. Pacific Biosciences. Preparing whole genome and metagenome libraries using SMRTbell prep kit 3.0. pacb.com/wp-content/uploads/Procedure-checklist-Preparing-whole-genome-and-metagenome-libraries-using-SMRTbell-prep-kit-3.0.pdf.
  3. Oxford Nanopore Technologies. Ligation Sequencing Kit. store.nanoporetech.com/us/ligation-sequencing-kit110.html.
  4. Pacific Biosciences. Low Yield Troubleshooting Guide. pacb.com/wp-content/uploads/Guide-Low-Yield-Troubleshooting.pdf.