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腾讯登录【推荐】NGS该何去何从？
| 导读 | 最新NGS分子酶！ |
01 二代测序NGS
NGS，Next Generation Sequencing，也被称为高通量测序或深度测序。NGS是一种革命性的DNA或RNA测序技术，能够在相对较短的时间内、同时测序多个DNA或RNA分子，从而实现对基因组、转录组、表观基因组等的全面分析。
相比传统的Sanger测序技术，NGS具有更高的通量、更快的速度和更低的成本的优势：
-平行测序：同时对数百万个DNA 片段进行测序
-高通量：快速生成大量基因组数据(3Mb-30Gb/天)
-成本效益高：以较低的单位碱基成本实现全面测序
NGS技术基于不同的原理和平台，但其基本工作流程包括以下几个步骤：
1.文库制备：样品DNA或RNA被提取并转化为文库，包括文库构建、片段化和适配序列添加等步骤。
2.测序：文库中的DNA或RNA片段被固定在平台上，并进行大规模并行的测序反应。不同的NGS平台采用不同的测序原理，如化学荧光标记（例如Illumina）、纳米孔（例如Oxford Nanopore）或半导体芯片（例如Ion Torrent）等。
3.数据分析：测序得到的原始数据被传输到计算机中进行处理和分析。这包括数据质量控制、序列比对、变异检测、基因表达定量等一系列生物信息学分析步骤。
NGS技术已经在基因组学、转录组学、蛋白质组学、表观遗传学等领域取得了广泛应用，推动了生命科学领域的许多重大突破，如人类基因组计划、癌症基因组学、微生物组学等。NGS的发展也为个性化医疗、精准医学、农业基因组学等领域带来了革命性的变革。
02 NGS市场发展
总体来说，NGS技术已经从科研走向了临床，成为医疗保健领域的重要工具之一，可帮助人们深入了解基因构成和各种疾病的易感性，通过识别致病变异，实现对癌症、传染病、罕见基因变异、产前异常以及可能影响治疗反应的药物基因变异的早期准确检测，从而大幅改善患者的治疗效果。
目前NGS主要的技术包括以下几种：
1. 454测序技术：454测序技术是Roche公司开发的一种基于串联合成反应（Sequencing by Synthesis，SBS）的测序技术，利用荧光信号检测DNA合成的过程来实现DNA测序。虽然目前454技术在NGS市场上的份额已经较小，但其仍然在一些特定应用领域有一定的市场需求。
2. Illumina测序技术：Illumina是目前NGS市场上应用最广泛的技术之一。其基本原理是利用DNA合成、扩增和测序的方法来实现高通量的DNA测序。Illumina技术具有高度的准确性、可靠性和通量，适用于全基因组测序、转录组测序、甲基化分析等多种应用。
3. Ion Torrent测序技术：Ion Torrent技术是一种基于半导体芯片的测序技术，采用了无化学荧光标记的DNA测序方法。Ion Torrent测序技术具有简化的工作流程、较短的实验周期和较低的设备成本，适用于小规模实验室和临床诊断应用。
4. PacBio测序技术：PacBio技术采用了单分子实时测序（Single Molecule Real-Time，SMRT）技术，能够实现长读长的DNA测序。PacBio技术具有高度的读长和低错误率的特点，适用于结构基因组学、复杂基因组结构分析等领域。
5. Oxford Nanopore测序技术：Oxford Nanopore技术是一种基于纳米孔测序原理的技术，通过电子信号检测核酸分子在纳米孔中的穿过过程来实现DNA或RNA的测序。ONT技术具有实时测序、便携式设备和长读长等特点，适用于野外环境、迅速诊断和移动医疗等应用。
这些主要的NGS技术各自具有特点和优势，适用于不同的实验目的和应用场景。随着技术的不断发展和创新，NGS领域的技术和平台也在不断更新，为科学研究、临床诊断和生物工业等领域提供更加丰富和强大的工具。
随着Solexa/Manteia/Illumina 专利开始到期， 势必对NGS市场发展产生影响，具体影响可能包括：
- 更新的NGS 平台
- 给 Illumina 带来试剂定价压力
- 使用新试剂开发新（或更新）技术
目前有多家诊断企业主要提供基于NGS的肿瘤检测，对基因变异进行分析，并将其与发生病变（通常是肿瘤性病变）的可能性联系起来。对于已经确诊的病变，进一步确定其特征。例如，生成有关其预后、演变或对药物治疗的预期反应的信息。这些检测包括泛癌种检测，如Foundation One或Guardant 360，也可以针对某些病理中的关键突变进行特异性检测，如非小细胞肺癌中的 HER 受体。有些甚至针对RNA，如Caris 开发的Mi Transcriptome。
03 NGS应用中的障碍
《自然医学》（Nature Medicine）杂志最近发表的一篇文章指出，86% 的基因组学研究都是在欧洲后裔中进行的1 ，这凸显了全球在基因检测的可用性和可及性方面存在的巨大差距。
因此，目前可用的基因组数据缺乏来自所有人群的代表性，无法捕捉不同种族和地理区域的基因多样性。许多疾病在患病率、严重程度和对治疗的反应方面都会因受种族和血统影响的遗传因素而有所不同。如果没有足够的代表性，基因组研究在解决非欧洲人群疾病遗传基础方面的有效性就会受到很大限制。
要实现 NGS 的广泛应用，必须克服几个障碍，以提高其可负担性和可获得性。2007 年，单个人类基因组的测序成本超过 1,000 万美元2 ，尽管自那时以来，总体可负担性有所改善，但由于税收以及分析、运输和基础设施的高成本，低收入国家的测序成本仍可能是高收入国家的五倍。具体而言，低收入国家面临的挑战包括样本处理协调、试剂成本和采购、质量保证程序以及数据管理。
从伦理角度来看，还需要确保基因组研究的利益得到公平分配，边缘化群体不被利用。在努力实现 NGS 技术和基因组数据获取民主化的同时，最好还能采取措施解决医疗保健获取方面的差距，促进包容性，并优先考虑弱势群体的需求和观点3。
04 NGS的进步与技术发展
NGS技术未来的发展方向包括以下几个方面：
1. 单细胞测序技术的发展
2. 长读长测序技术的改进
3. 实时测序技术的进
4. 多组学数据整合与分析
5. 便携式和微型化POC设备的发展
6. 人工智能和机器学习在数据分析中的应用
总的来说，NGS技术未来的发展方向将是更加高通量、高分辨率、便携化和智能化，以满足不断增长的科研和临床需求，并为生命科学领域带来更多的突破和创新。
硬件和软件方面的进步使各种规模的实验室都能以更快的速度和更低的价格进行测序，以推动NGS市场的扩大及其在新环境中的应用。适用于低样本量的测序仪的价格与高样本量用户的价格相当，减少测序的集中化程度，提高样本和所产生数据的民主化程度和控制能力。
尤其是，新的测序技术使产品无需冷链或温控物流即可运输和使用，可兼容便携式POC设备， 这一创新将能解决许多国家面临的关键挑战，因为冷链物流可能成本高昂、物流复杂，而且有时在资源有限的环境中无法使用。使当地实验室能够进行自己的NGS检测，无需将样本送往其他国家，在整体上最大限度地降低成本，加快了交付周期，并减少了样本处理物流。
总之，随着NGS技术的更亲民化和测序成本的持续下降，其应用将继续扩展到新的领域，而云NGS信息学平台、机器学习和AI等新工具的融入，将进一步推动其在全球医疗保健变革中的作用4。
05 迈迪安NGS解决方案
Meridian迈迪安近期将推出一系列全新NGS分子酶，完善NGS文库制备解决方案。这些分子酶不含甘油，可兼容冻干，提供了一种可持续的解决方案，降低冷链储运需求，高浓度的配方可满足微型化POC的要求，最大限度地增加了上样量，提高检测灵敏度。
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参考资料：
1.Fatumo, S., et al. A roadmap to increase diversity in genomic studies. Nat Med. 2022 Feb;28(2):243-250. doi: 10.1038/s41591-021-01672-4
2.Stein, J. Expert urges widespread adoption of next-generation sequencing among physicians. Urology Times. 2002 Apr. https://www.urologytimes.com/view/expert-urges-widespread-adoption-of-next-generation-sequencing-among-physicians
3.de Araujo, L., et al. Implementation of targeted next-generation sequencing for the diagnosis of drug-resistant tuberculosis in low-resource settings: a programmatic model, challenges, and initial outcomes. Front. Public Health. 2023 Aug; Sec. Infectious Diseases: Epidemiology and Prevention (11) https://doi.org/10.3389/fpubh.2023.1204064
4.Frost & Sulivan. (2023) Next-generation Sequencing Informatics, Forecast to 2027. https://store.frost.com/global-ngs-informatics-market-forecast-to-2027.html
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END
北京迈迪安生物科技有限公司是Meridian Bioscience在中国设立的全资子公司。Meridian BioScience （以下简称：迈迪安）是一家全球领先的生物诊断公司，总部设立在美国，距今已有47年的历史。迈迪安公司分为诊断和生命科学两个部分，在中国地区的主营业务是生命科学产品，包括各种分子和免疫诊断检测的关键原料，如抗原抗体、免疫阻断剂、PCR和LAMP反应的聚合酶和优化的预混液、核苷酸等，为人体、动物、农业、环境及食品安全等各种检测提供全面的解决方案。47年来，迈迪安已经成为全球各领域诊断企业的首选原料供应商！
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