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观点 | 测序技术之间存在“代际关系”吗?

2019-05-22

随着技术的发展日新月异,基于技术所开发的工具更新迭代更是令人眼花缭乱。在生命科学领域,从最初的Sanger 测序到NGS测序,从高通量测序到单分子测序,有人说一代、二代,也有人说三代和四代,甚至还有“2.5代”的说法。那么,这些所谓的代际关系是如何划分的,划分标准是什么?不同技术之间究竟是各有所长,还是真的存在“代际关系”?


代际划分标准是什么?

目前得到业内认可的统一划分标准只有“一代”和“下一代”,用于区分Sanger 测序与非Sanger 测序。这两类技术在原理和测序通量上都有存在较大差异,但也有相通之处。例如,无论是Sanger双脱氧核苷酸测序,还是高通量测序中的边合成边测序技术,或者是基于连接反应的测序,其原理都依赖核苷酸的聚合反应。


在下一代测序技术中,如何区分 “二代”和“三代”?

“三代测序”这种提法出现于2008~2009年,当时主要是指有别于大规模并行测序的新型测序技术。一些学者认为单分子测序、实时测序以及核心方法有别于已有技术的方法,可能是新一代测序技术的定义性特征。目前,二代测序通常是指高通量、大规模、并行测序;三代测序通常是指无需DNA扩增的单分子测序。


但是,也有学者指出,目前测序技术代际划分,也许更多的是出于商业上的考虑,因为人们通常习惯性的认为技术代际升级代表了技术的演化。事实上,单分子测序技术早在2003年就有概念性的论文发表9(高通量测序技术出现在2005年)。2008年,Helicos BioSciences推出了第一台单分子测序仪,随后Pacific BioSciences与Oxford Nanopore也推出了各自商业化的测序仪。不过,也许是由于单分子测序对技术体系要求更高,这项技术的发展远不如当初人们预想得那般迅猛,直至今日尚未达到高通量测序技术这样的市场规模。这期间,Helicos BioScience已于2012年破产,尽管其技术完全符合目前对三代测序技术的界定。


结束语

测序技术目前仍处于快速发展中,现阶段的测序技术代际划分很大程度上缺乏统一的行业标准。毋庸置疑,无论是Sanger 测序,还是非Sanger 测序(NGS,下一代测序或高通量测序)均引领了基因组技术的革命,推动了基因组学科技进步。前者为人类基因计划(HGP)做出了主要贡献,目前仍在是很多生物学与医学实验室的常规技术;后者则是当前基因组研究与应用的主流技术,直接为基因组测序的广泛应用扫清了经济上的障碍,使其不仅能更好的服务于科研,也正在成为精准医学以及其他应用领域的重要工具。此外, 单分子技术是测序技术发展的重要方向之一,在业内同行的不断尝试与努力之下,终于开始崭露头角,但成熟与完善尚需时日。以上这些测序技术,均有各自的特点,也有其适合的应用范围与应用场景。

彩蛋环节:一图读懂测序技术进展



参考文献:

【1】Ido Braslavsky, Benedict Hebert, Emil Kartalov, Stephen R. Quake. Sequence information can be obtained from single DNA molecules.[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2003, 100(7):3960-3964.

【2】王威. 浅议基因测序技术的代际,2019,http://blog.sina.com.cn/s/blog_bcb043950102zbn2.html

【3】Goodwin S, Mcpherson J D, Mccombie W R. Coming of age: ten years of next-generation sequencing technologies[J]. Nature Reviews Genetics, 2016, 17(6):333-351.


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