次世代シーケンサー（NGS）
NGSへようこそ
次世代シーケンサー（NGS）と呼ばれる超並列シーケンシング技術は、生物科学に革命をもたらしました。超高速スループット、スケーラビリティ、スピードにより、NGSは研究者にさまざまなアプリケーションを実行させ、これまで不可能だったレベルの生体システムの研究を可能にします。
今日の複雑なゲノム研究の課題には、従来のDNAシーケンス技術の能力を超える深い情報が要求されています。次世代シーケンサーはそのギャップを埋め、これらの疑問を解決するための日常的な研究ツールとなっています。
次世代シーケンサーとは？
次世代シーケンサー（NGS）は、超高スループット、スケーラビリティ、スピードを提供する大規模並列シーケンステクノロジーです。このテクノロジーは、DNAまたはRNAの全ゲノムまたはターゲット領域におけるヌクレオチドの順序を決定するために使用されます。NGSは生物科学に革命をもたらし、ラボがこれまでにないレベルでさまざまなアプリケーションを実行し、生物システムを研究することを可能にしました。
今日の複雑なゲノムの課題には、従来のDNAシーケンス技術の能力を超える深い情報が要求されています。NGSはそのギャップを埋め、これらの疑問を解決するための日常的なツールとなっています。
NGSのアプリケーション
次世代シーケンサーテクノロジーは、サイエンティストが課題とし解明しうる疑問の内容を一変させました。革新的なNGSサンプル調製キットとデータ解析オプションにより、幅広いアプリケーションが実施できます。例えば、次世代シーケンサーでは以下が可能になります：
- 迅速な全ゲノムシーケンス
- ターゲット領域にフォーカスしたディープシーケンス
- RNAシーケンス（RNA-Seq）を利用して、RNAの新規バリアントやスプライスサイトを発見し、遺伝子発現解析用のmRNAを正確に定量
- ゲノムワイドなDNAメチル化やDNA-タンパク質相互作用、クロマチンアクセシビリティなどのエピジェネティック因子の解析
- 希少な体細胞バリアントや腫瘍サブクローンなどの研究のためのがんサンプルのシーケンス
- ヒトにおける微生物多様性の研究
- 新規病原体の同定
イルミナNGSの仕組み
イルミナNGSテクノロジーには、古典的なサンガー法とは根本的に異なるアプローチが用いられています。Sequencing by Synthesis（SBS）ケミストリーが利用されており、この手法ではDNA鎖の複製のたびに付加される標識ヌクレオチドを大規模並列方式で追跡します。
次世代シーケンサーテクノロジーでは、DNAシーケンスデータを大量に生成することができます。また、従来のサンガーシーケンシングより費用がかからず、時間も節約できます。1、2イルミナのシーケンスシステムは、装置の種類と設定により、1回のランで300キロベースから数テラベースまでの範囲のデータ出力を実現します。
NGSの詳しい解説
次世代シーケンステクノロジーの詳しい解説では、ゲノム科学の進化、シーケンステクノロジーにおける大きな進展、主な手法、イルミナシーケンス手法の基本などをご説明します。
解説をダウンロードNGSワークフロー
次世代シーケンサーワークフローにはライブラリー調製、シーケンス、データ解析の3つの基本ステップがあります。
ライブラリー調製
NGSライブラリー調製の教育
ライブラリー調製プロセスがどのように機能するかを学び、回答を迅速に得られる画期的なテクノロジーについて探ります。
ライブラリー調製キット
ワークフローの効率を高めながら、幅広いスループットのニーズとサンプルタイプに対応するキットについて理解を深めましょう。
シーケンス
データ解析
検査法ガイド
BeadChipから、ゲノム、トランスクリプトーム、またはエピゲノム研究のためのライブラリーの準備、シーケンサーの選択、解析、サポートまで、すべて1か所で必要な情報にアクセスできます。研究用途に応じて特別に設計された包括的なガイドを使用して、ラボに最適なツールを選択してください。
アクセスガイド
NGSの主な利点
アクセスしやすい全ゲノムシーケンス
ヒトゲノムプロジェクトは、キャピラリー電気泳動ベースのサンガーシーケンス法を利用して、10年の歳月と30億ドル近くの費用が投入されました。
その一方、次世代シーケンサーは大規模全ゲノムシーケンス（WGS）をより利用しやすく、より実践的なものにします。サイエンティストがヒトゲノム全体を1回のシーケンス実験で解析したり、何千から何万ものゲノムを1年でシーケンスしたりすることを可能にします。
発現プロファイリングにおける広いダイナミックレンジ
NGSベースのRNA-Seqは、マイクロアレイなどの従来のテクノロジーの非効率さと価格の壁を打ち破る、強力な方法です。マイクロアレイによる遺伝子発現解析では、低シグナル領域でのノイズによる影響と高シグナル領域でのシグナル飽和による影響があります。
一方、次世代シーケンサーは個別のデジタルシーケンスのリードカウントを定量するため、実質的にダイナミックレンジを広げることができます。3,4,5
ターゲット化した次世代シーケンスでは解像度を調節可能
ターゲットシーケンスではNGSの力にフォーカスし、遺伝子のサブセットや特定の対象ゲノム領域を効率よく、またコスト効率よくシーケンスします。NGSは高い拡張性があり、特定の実験ニーズに合わせて解像度レベルを調節することができます。複数のサンプルで浅くスキャンをするか、特定の領域に存在する希少なバリアントを見つけるために少数のサンプルで深いシーケンスを実施するかを選択できます。
詳細はこちら：
NGSテクノロジーの進歩
最近のイルミナ次世代シーケンサーテクノロジーの飛躍的進歩には、以下のようなものがあります：
- XLEAP-SBSのケミストリー：このイノベーションは、標準的なイルミナの合成シーケンサー（SBS）ケミストリーと比較して、スピードと忠実度が向上します。
- 最大16 Tb：NovaSeq Xシリーズは、データ集約型アプリケーションに力を与える優れたシーケンスパワーを提供します。
- 画期的な速度とシンプルさ：MiSeq i100シリーズは、ベンチトップ型シーケンスを4時間という速さで実行し、合理化された操作と直感的なオンボードデータ解析を提供します。
- 半導体シーケンス：このテクノロジーは、相補型金属酸化膜半導体（CMOS）チップとSBSを組み合わせて、コンパクトな装置で高精度のデータを提供します。
- パターン化フローセル技術：これにより、幅広いシーケンスアプリケーションで桁外れのレベルでスループットが実現します。
サイエンティストのNGS使用法
異なる分野のサイエンティストが次世代シーケンサーを使用して、どのように画期的な発見を行っているのかをご覧ください。
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マルチオミクスで研究を拡大
ゲノミクス、トランスクリプトミクス、エピジェネティクス、プロテオミクスのデータを組み合わせることで、疾患、細胞応答、発達に寄与する分子変化をより包括的に理解できるようになります。NGSを使用してマルチオミクス実験を行い、バイオマーカーの同定、遺伝型と表現型の関連付けなどを行います。
マルチオミクスの詳細はこちら
NGSの使用を開始する
装置購入ガイド
以下のリソースは、次世代シーケンサー装置の購入を検討している場合に役立つガイドとなります。
- NGSプラットフォーム比較表はこちら
- NGSシステム購入ガイド（PDF)を読んで、購入前に検討すべき事項をご確認ください。
NGS実験に関する考慮事項
リード長、カバレッジ、クオリティスコア、その他の実験的考察について学び、シーケンスランの実行計画を立てるのにお役立てください。
インタラクティブツールを利用して、カスタムNGSプロトコールを作成するか、プロジェクトに適した製品・手法をお選びください。
NGSラボのリソース
- シーケンスの各手法 全ゲノムシーケンスからmRNA-Seq、エクソームシーケンス、シングルセルシーケンスなど、幅広い手法を探索します。
- ハイスループットシーケンス：より多くのサンプルを処理し、統計的検出力を向上させます。最新の大規模シーケンサーを使用した、データリッチなアプリケーションをコスト効率よく実行できます。
- ライブラリー調製の自動化：NGSライブラリーの大量調製を支援するために設計された自動リキッドハンドリングソリューションをご覧ください。
- NGSデータストレージ：膨大なNGSやその他のゲノミクスデータを安全に保管します。
実績のあるベンチトップ型シーケンスソリューション
イルミナは、サイエンティストが研究を促進し、加速できるようにするベンチトップ型シーケンス ソリューションを提供します。
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注目のウェビナー
シングルセルマルチオミクス：RNA-Seq以降
国立がん研究所のDr. Michael Kellyが、基礎科学とトランスレーショナル研究の両方におけるシングルセルおよび空間テクノロジーの使用について語ります。
がん研究におけるNGSの見直し
専門家が、がん研究の進歩におけるNGSの成果と課題の概要を解説します。また、統合マルチオミクスアプローチが将来のがん診断と治療にどのように使用できるかについて説明します。
微生物臨床研究におけるNGS
Dr. Arryn Craneyが、微生物臨床研究ラボのNGS導入のオプションと呼吸器病原体シーケンスのハンズオン経験について語ります。
補足資料
RNAシーケンス（RNA-Seq）
RNA-Seqは、次世代シーケンサー（NGS）を使用してトランスクリプトーム全体の発現を解析し、既知または新規の特徴を検出し、RNAを定量化することを可能にします。
シーケンスサービス
高品質データを与え、幅広い科学的知識をもたらす、高速で信頼性の高い次世代シーケンサーサービスにアクセスします。
イルミナNGSとマイクロアレイのトレーニング
イルミナの専門インストラクターの指導によるハンズオントレーニングを受講してください。当社では、オンラインのコース、ウェビナー、動画、およびポッドキャストもご用意しています。
注釈
- Bentley DR, Balasubramanian S, Swerdlow HP, et al. Accurate Whole Human Genome Sequencing using Reversible Terminator Chemistry. Nature. 2008; 456 (7218): 53–59.
- Shendure J and Ji H. Next-generation DNA sequencing. Nat Biotechnol. 2008; 26(10): 1135-1145.
- Wang Z, Gerstein M, Snyder M. RNA-Seq: a revolutionary tool for transcriptomics. Nat Rev Genet. 2009; 10: 57–63.
- Wilhelm BT, Landry JR. RNA-Seq—quantitative measurement of expression through massively parallel RNA sequencing. Methods. 2009; 48: 249–57.
- 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.
イルミナNGSの最新技術
最近のイルミナ次世代シーケンサーテクノロジーの飛躍的進歩には、以下のようなものがあります：
- CMOS技術による半導体シーケンス：iSeq 100システムは、相補型金属酸化膜半導体（CMOS）チップと1チャネルSBSを組み合わせて、コンパクトなシステムで高精度のデータを提供します。
- 2チャネルSBS：このテクノロジーは、高いデータ精度を保ちながら、元の4チャネル版のSBSテクノロジーよりも高速なシーケンスを実現します。
- パターン化フローセル技術：このオプションは、幅広いシーケンスアプリケーションで並外れたレベルのスループットを提供します。
- 最大6テラベース (Tb)：NovaSeq 6000システムが最長2日間で最大6Tbの調整可能な出力を提供する方法をご覧ください。
- 75のブレークスルーイノベーション：NextSeq 2000システムは、新たなアプリケーションに対応する柔軟性、これまでにないシンプルなワークフロー、最短2時間でのデータ解析を実現します。
イルミナシーケンサーの経歴
イルミナのSBSテクノロジーがどのように誕生し、時間をかけて進化してきたかをご覧ください。