次世代シーケンサー(NGS)の紹介

NGSテクノロジーの原理、そしてどのように役に立つかをご覧ください。

次世代シーケンサー(NGS)

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。

NGSへようこそ
NGSのビギナーガイド

NGSの基本、および最初の実験の計画作成のためのチュートリアルとヒントをご紹介します。

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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の新規バリアントやスプライスサイトの発見や、遺伝子発現解析用のmRNAの正確な定量のためにRNAシーケンス(RNA-Seq)を利用
  • ゲノムワイドなDNAメチル化やDNA-タンパク質相互作用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
  • 新規病原体の特定

シーケンスの手法と使い方を知る

ヒトゲノムプロジェクトは、キャピラリー電気泳動を用いた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。

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NGSデータ解析ツール

バイオインフォマティクスの経験の有無にかかわらず、どのようなサイエンティストにもデータ解析を簡単に行えるようにした、ユーザーフレンドリーなツールです。

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発現プロファイリングでは、無制限にダイナミックレンジを広げることが可能

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。1,2,3

アレイとRNA-Seqの比較

ターゲット化した次世代シーケンスでは解像度が調節可能

ターゲット化したシーケンスでは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。

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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)テクノロジーが利用されており、このテクノロジーではDNA鎖の複製のたびに付加される標識ヌクレオチドを大量並列に追跡します。

次世代シーケンサーでは、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スより費用がかからず、時間も節約できます。2イルミナのシーケンスシステムは、装置の種類および試薬の構成に応じて、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。

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SBS時の標識ヌクレオチド添加について

最近のイルミナ次世代シーケンス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:

  • 半導体シーケンスiSeq 100システムは、相補型金属酸素膜半導体(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。
  • 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桁外れのレベルで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 1000および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。   
プレシジョンヘルス

個別化医療プログラムは、患者を遺伝情報に基づいて治療に適合させることで、生存率、生活の質、および医療費の改善に役立ちます。

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次世代シーケンステクノロジーのご紹介

次世代シーケンステクノロジーのご紹介

次世代シーケンステクノロジーのご紹介では、ゲノム科学の進化、シーケンステクノロジーにおける主な進展、主な手法、イルミナシーケンスケミストリーの基本などをご説明します。

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COVID-19感受性の遺伝学的特徴

この英国全体の研究では、NGSを用いて重症と軽症のCOVID-19患者のゲノムを比較し、感受性に関連する遺伝的要因を明らかにすることを目的としています。

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腫瘍の微小環境を探る

サイエンティストは、シングルセルNGS技術を利用して、がんの微小環境を研究し、遺伝子発現パターンを解明し、薬剤耐性や転移に関する洞察を得ています。

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非侵襲的バイオマーカーとしてのセルフリーRNA

本研究は、バイオマーカー探索や非侵襲的な健康モニタリングのための循環型セルフリーRNAシーケンスの幅広い可能性を明らかにするものです。

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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、相補型金属酸素膜半導体(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:この技術は、高いデータ精度を保ちながら、元の4チャネル版のSBS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歴史

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。

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以下のリソースは、NGSシステムの購入を検討している場合に役立つガイダンスとなります。

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NGS実験に関する検討事項

リードの長さ、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。

実験計画の開始

COVID-19のNGSについて

次世代シーケンサーは、感染症サーベイランスやアウトブレイクモデルにおいてユニークな位置づけにあります。SARS-CoV-2やその他の呼吸器系病原体の検出と特性解析、感染の追跡、複数感染の研究、ウイルスの進化を調べるのにどのNGSメソッドが推奨されるかをご紹介します。 

コロナウイルスNGSメソッドを探る
COVID-19ソリューション
  • 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、データリッチなマルチオミクス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。
  • ラボ情報システム(LIMS) ワークフローを自動化し、機器を統合し、サンプルを管理します。
  • 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。
「NGSでできること」を網羅した冊子、アプリケーションガイド

ライブラリー調製から解析用シーケンサーの選択まで、お客様に必要な情報がすべて入っています。 お客様のラボに最適なツールを選択してください。

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Breeding a More Resilient Yam in West Africa
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Dr. Ranjana Bhattacharjee is using whole-genome sequencing to understand the crop’s evolution and generate improved varieties

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国立長寿医療研究センター (NCGG) 研究所 メディカルゲノムセンター センター長 疾患ゲノム研究部 部長 尾崎 浩一 先生

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A Brazilian sequencing program for EB patients brings access to more accurate diagnoses and better treatment

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リードの長さ、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。NGSプロトコルの作成、プロジェクトに適した製品・手法の選定に役立つインタラクティブツールをご利用いただけます。

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論文集

これらのレビューでは、ゲノム編集からシングルセル解析、細胞生物学、微生物学などの分野で、NGSテクノロジーが科学研究を促進する主な方法をいくつか紹介しています。

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参考文献
  1. Wang Z, Gerstein M, Snyder M. RNA-Seq: a revolutionary tool for transcriptomics. Nat Rev Genet. 2009;10:57–63.
  2. Wilhelm BT, Landry JR. RNA-Seq—quantitative measurement of expression through massively parallel RNA sequencing. Methods. 2009;48:249–57.
  3. 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.