5 Durchbruchanwendungen der Nanopore-Amplikon-Sequenzierung

Nanopore-Amplicon-Sequenzierung treibt die schnelle Erkennung, Echtzeit-Sequenzierung und präzise Genomanalyse voran und transformiert Anwendungen in der Präzisionsmedizin. Forscher erreichen nun Echtzeit-Sequenzierung zur schnellen Erkennung von Krankheitserregern, Resistenzen und Genomen, was fortschrittliche Überwachung und Diagnose unterstützt. Der globale Markt für Long-Read-Amplicon-Sequenzierung wird erreichen 1,24 Milliarden USD im Jahr 2024 (A Marktbericht über Long-Read-Amplicon-Sequenzierung), angetrieben von der Nachfrage nach Hochdurchsatz-Sequenzierung in der klinischen Forschung, schneller und genauer Erkennung sowie Transkriptomen. Nanopore-Technologien ermöglichen die Echtzeit-Datenproduktion, schnelle klinische Diagnosen und umfassende Überwachung von Resistenzgenen bei Krankheitserregern, Verbesserung von Behandlungsstrategien und Ergebnissen.

• Laut eine Studie veröffentlicht in Wissenschaftliche Berichte Nanopore-Amplicon-Sequenzierung verkürzt die Erkennungszeit von Krankheitserregern von über 72 Stunden auf nur 7 Stunden, was schnellere Behandlungsentscheidungen ermöglicht.

• Echtzeit-Sequenzierung unterstützt die schnelle Erkennung und Überwachung von Resistenzen und verbessert die Reaktionen des Gesundheitswesens in der Genomik und Transkriptomik.

Wichtige Erkenntnisse

• Nanopore-Amplikon-Sequenzierung reduziert die Erkennungszeit von Krankheitserregern drastisch von über 72 Stunden auf nur 7 Stunden, was schnellere Behandlungsentscheidungen ermöglicht.

• Echtzeit-Sequenzierung verbessert die Reaktionen im Gesundheitswesen, indem sie eine schnelle Erkennung und Überwachung von Resistenzgenen in Krankheitserregern ermöglicht.

• Diese Technologie bietet lange Lesesequenzen, die gesamte Genregionen abdecken können, und verbessert die Erkennung komplexer struktureller Varianten in der Krebsforschung.

• Nanopore-Sequenzierung ermöglicht eine genaue Phasierung von Mutationen, wodurch Forscher die genetische Architektur von Krebsgenomen besser verstehen können.

• Forscher können eine hochauflösende HLA-Typisierung erreichen und dabei Herausforderungen bei der Analyse des Hauptkomplexes der Gewebetypisierung (MHC) überwinden.

• Die Technologie unterstützt die direkte Erkennung epigenetischer Modifikationen und ermöglicht die gleichzeitige Sequenzierung und Methylierungsprofilierung auf nativer DNA.

• Nanoporen-Sequenzierung ermöglicht die schnelle Identifizierung von Krankheitserregern und Genen für antimikrobielle Resistenzen und optimiert die metagenomische Analyse.

Anwendungen der Nanopore-Amplikon-Sequenzierung in der Genomik: Von der Krebsforschung bis zur Epigenetik bietet die Nanopore-Sequenzierung bahnbrechende Lösungen zur Erkennung struktureller Varianten, Phasierung und Methylierungsanalyse.

Einführung: Der Paradigmenwechsel von der Kurzlese- zur Langlese-zielgerichteten Sequenzierung

Verständnis der Einschränkungen traditioneller NGS (Illumina) für komplexe Regionen

Kurzlese-Sequenzierungsplattformen, wie Illumina, haben viele Fortschritte in der Genomforschung vorangetrieben. Diese Technologien haben jedoch oft Schwierigkeiten mit komplexen genomischen Regionen. Die kurzen Reads, die typischerweise zwischen 50 und 300 Basenpaaren liegen, können lange sich wiederholende Sequenzen nicht abdecken oder große strukturelle Varianten auflösen. Forscher stoßen auf Schwierigkeiten beim Zusammenfügen von Genomen, insbesondere in Regionen mit hohem GC- oder AT-Gehalt. Dephasierungseffekte während der Sequenzierung können einführen Basisaufruf-Fehler und erhöhen die Substitutionsraten. Uneinheitliche Leseabdeckungen erschweren zusätzlich die Analyse von polyploiden Genomen und langen repetitiven Elementen. Diese Einschränkungen behindern die genaue Erkennung von Kopienzahlvariationen und machen es schwierig, vollständige genomische Strukturen zu rekonstruieren.

Hinweis: Viele Forschungsteams stellen fest, dass traditionelle NGS-Plattformen nicht die erforderliche Auflösung für fortgeschrittene Studien in der Krebsforschung, der Entdeckung von Biomarkern oder der translationale Genomik bieten können.

Ein Vergleich von Schlüsselkennzahlen zwischen Short-Read- und Long-Read-Target-Sequenzierung Technologien heben diese Unterschiede hervor:

Was ist Nanopore-Amplikon-Sequenzierung?

Nanoporen-Amplikon-Sequenzierung stellt einen bedeutenden Fortschritt in der gezielten Sequenzierung dar. Diese Technologie nutzt Nanopore-Geräte, um ultralange Reads zu erzeugen, die gesamte Genregionen, repetitive Elemente und GC-reiche Sequenzen abdecken können. Forscher können nun große strukturelle Varianten erkennen, Allele phasieren und komplexe Haplotypen in einem einzigen Sequenzierungslauf auflösen. Nanopore-Technologien ermöglichen die direkte Sequenzierung von nativer DNA, die epigenetische Modifikationen bewahrt und die Methylierungsanalyse ohne chemische Umwandlung unterstützt.

Durch die Erzeugung langer Reads beseitigt die Nanoporen-Amplikon-Sequenzierung Assemblierungslücken und bietet eine telomer-zu-telomer Abdeckung. Dieser Ansatz unterstützt hochauflösende Studien in der Krebsforschung, Mikrobiom-Genomik und der therapeutischen Entwicklung. Die optimierten Strategien der Technologie verbessern die Analyse von polyploiden Genomen und ermöglichen eine genaue Variantenerkennung, selbst in schwierigen Regionen. Forschungsteams profitieren von der Echtzeit-Datenproduktion, schnellen Bearbeitungszeiten und der Möglichkeit, Sequenzierungs-Panels für spezifische wissenschaftliche Fragestellungen anzupassen.

Die Sequenzierung mit Nanopore-Technologien ermöglicht es Wissenschaftlern, Fragen zu beantworten, die zuvor unerreichbar waren. Die Kombination aus der Fähigkeit zur Langzeitlesung, der direkten Methylierungsdetektion und dem flexiblen Panel-Design macht diese Plattform zu einem leistungsstarken Werkzeug für fortgeschrittene genomische Forschung.

1. Onkologie & Klinische Forschung: Entschlüsselung komplexer struktureller Varianten (SVs)

Präzise Erkennung von Fusionsgenen und Bruchpunkten

Die Krebsforschung erfordert robuste Sequenzierungstechnologien zur Erkennung komplexer genomischer Umstellungen. Nanopore-Amplikon-Sequenzierung ermöglicht es Forschern, Fusionsgene und genomische Bruchpunkte mit hoher Genauigkeit zu identifizieren. Diese Technologie bietet lange Lesemuster, die gesamte Interessensgebiete abdecken, und ermöglicht eine direkte Charakterisierung struktureller Varianten. Forscher können nun eine schnelle Erkennung von Umstellungen erreichen, die für die translationale Forschung und die therapeutische Entwicklung von entscheidender Bedeutung ist.

Die bedeutendsten strukturellen Varianten, die in der Krebsforschung mithilfe von Nanoporen-Amplicon-Sequenzierung nachgewiesen wurden, umfassen:

• Große Löschungen

• Inversionen

• Translokationen, die die Tumorsuppressorgene CDKN2A/p16 und SMAD4/DPC4 betreffen

Diese Anwendungen unterstützen die Identifizierung neuer Biomarker und die Validierung therapeutischer Ziele. Die Fähigkeit, Bruchpunkte auf Nukleotid-Ebene zu bestimmen, verbessert die Präzision der Variantenentdeckung und unterstützt die umfassende Analyse von Krebsgenomen.

Die folgende Tabelle hebt Verbesserungen bei der Erkennung von Fusionsgenen und Bruchpunkten im Vergleich zu früheren Sequenzierungstechnologien hervor:

Forscher profitieren von optimierten Arbeitsabläufen und schnellen Bearbeitungszeiten, die eine effiziente Analyse mehrerer Proben ermöglichen. Die Flexibilität der Nanoporen-Amplicon-Sequenzierung erlaubt die Einbeziehung zusätzlicher Ziele ohne umfangreiche Protokolländerungen.

Phasierungsmutationen: Unterscheidung zwischen Cis- und Trans-Varianten in Krebsgenomen

Die Phasierung von Mutationen ist entscheidend für die Interpretation der funktionalen Auswirkungen von koexistierenden Varianten in der Krebsforschung. Die Nanopore-Amplikon-Sequenzierung liefert Langstreckendaten, die eine genaue Phasierung von Mutationen unterstützen, selbst wenn Varianten durch Dutzende von Kilobasen getrennt sind. Diese Fähigkeit ermöglicht es den Forschern, zwischen cis- und trans-Konfigurationen zu unterscheiden, was für das Verständnis der genetischen Architektur von Krebsgenomen von wesentlicher Bedeutung ist.

Die folgende Tabelle fasst die Vorteile der Phasierung von Mutationen mittels Nanopore-Amplikon-Sequenzierung zusammen:

Forscher können komplexe genetische Befunde mit größerem Vertrauen interpretieren. Die Integration von Long-Range-PCR und Nanoporen-Sequenzierung unterstützt die umfassende Variantenerkennung und -phasenbestimmung und fördert die Entdeckung von Biomarkern sowie die translationale Forschung. Die Nanoporen-Amplikon-Sequenzierung ermöglicht es Forschungsteams, zuvor unzugängliche Fragen in der Krebsgenomik zu adressieren und treibt Innovationen in der therapeutischen Entwicklung voran.

2. Immunologie: Hochauflösende HLA-Typisierung und Haplotyp-Phasierung

Überwindung von Homologie-Herausforderungen im MHC-Bereich

Die Immunogenetik-Forschung stößt häufig auf erhebliche Hindernisse bei der Analyse des Hauptgewebekompatibilitätskomplexes (MHC). Der MHC enthält hochpolymorphe HLA-Gene, die eine zentrale Rolle in Studien zur Immunantwort spielen. Traditionelle Sequenzierungsplattformen mit kurzen Reads haben Schwierigkeiten, diese Regionen aufgrund umfangreicher Sequenzhomologie und struktureller Komplexität aufzulösen. Forscher benötigen fortschrittliche Sequenzierungsmethoden, um eine genaue Variantenidentifizierung und Haplotyp-Phasierung innerhalb des MHC zu erreichen.

Nanopore-Amplicon-Sequenzierung bietet eine Lösung, indem sie lange Reads erzeugt, die gesamte HLA-Gene abdecken. Dieser Ansatz ermöglicht die direkte Erkennung von Varianten und eine eindeutige Phasierung, selbst in Regionen mit hoher Sequenzähnlichkeit. Wissenschaftler können nun die vollständige Sequenz polymorpher HLA-Loci analysieren, Überwindung der Einschränkungen von KurzlesetechnologienDie uneingeschränkte Leseweite der Nanoporen-Sequenzierung ermöglicht eine umfassende Analyse des MHC und unterstützt Anwendungen, die hochauflösende Daten erfordern.

Tipp: Langlese-Sequenzierungstechnologien, wie sie auf Oxford Nanopore-Plattformen basieren, ermöglichen die haplotypische Auflösung und genaue Charakterisierung des MHC-Bereichs. Diese Fähigkeit ist entscheidend, um die hohe Sequenzvariabilität und strukturellen Komplexitäten zu bewältigen, die traditionelle Sequenzierungsmethoden herausfordern.

Forscher profitieren von schnelle, tragbare und kostengünstige Hochauflösungs-HLA-TypisierungDie Technologie beseitigt die Cis-Trans-Ambiguität und ermöglicht eine präzise Haplotype-Phasierung und Variantenerkennung in immunogenetischen Studien.

Erreichung einer vollständigen Allelauflösung für Transplantationskompatibilität

Die vollständige Allelauflösung stellt einen entscheidenden Fortschritt in der HLA-Typisierung dar. Die Nanopore-Amplikon-Sequenzierung erfasst die gesamte Sequenz der HLA-Gene, einschließlich entfernter einzelner Nukleotidpolymorphismen (SNPs), die mit kurzen Reads schwer zu phasieren sind. Dieser umfassende Ansatz verringert die Mehrdeutigkeit bei der Allelzuteilung und verbessert die Genauigkeit der Genotypbestimmung.

Die Hochauflösungs-Sequenzierung hat direkte Auswirkungen auf die Bewertung der Spender-Empfänger-Kompatibilität in der Transplantationsforschung. Durch die Auflösung von Phasenambiguitäten können Wissenschaftler spezifische Allele mit größerem Vertrauen bestimmen. Dieses Maß an Detailgenauigkeit verbessert die Zuverlässigkeit von Matching-Studien und unterstützt die Entwicklung neuer immunogenetischer Anwendungen.

Die Nanoporen-Sequenzierung ermöglicht auch die direkte Erkennung von epigenetischen Modifikationen innerhalb der HLA-Gene. Dieses Merkmal erweitert den Bereich der immunogenetischen Forschung und ermöglicht die Integration von Methylierungsanalysen mit traditionellem Genotyping. Robuste Fehlerkorrekturalgorithmen die Genauigkeit von weiter verbessern HLA-Typisierung, um zuverlässige Ergebnisse selbst in hochpolymorphen Regionen zu gewährleisten.

Forscher erreichen jetzt Vier-Felder-Allel-Ebene-Auflösung, was zuvor aufgrund hoher Polymorphismusraten und Phasierungsproblemen herausfordernd. Die Fähigkeit, entfernte SNPs zu phasieren und gesamte HLA-Gene zu sequenzieren, positioniert die Nanoporen-Amplicon-Sequenzierung als ein überlegendes Werkzeug für fortgeschrittene immunogenetische Studien. Wissenschaftler erhalten Zugang zu umfassenden Daten, die sowohl die Variantenerkennung als auch die Haplotyp-Phasierung unterstützen und Innovationen in der Immunologieforschung vorantreiben.

3. Validierung der Genbearbeitung: Umfassende Analyse von On-Target- und Off-Target-Effekten

Identifizierung großer Deletionen und AAV-Integrationsstellen in CRISPR-Experimenten

Gene-Editing-Technologien wie CRISPR haben die Landschaft der Genom-Engineering revolutioniert. Forscher benötigen robuste Sequenzierungsmethoden, um die Ergebnisse von Bearbeitungen zu validieren und die Integrität der bearbeiteten Proben sicherzustellen. Nanopore-Amplikon-Sequenzierung bietet einen leistungsstarken Ansatz zur Erkennung großer Deletionen und Integrationsstellen des adenoassoziierten Virus (AAV), die häufig den standardmäßigen PCR-basierten Methoden entgehen. Diese Technologie liefert lange Reads, die gesamte Zielregionen abdecken, und ermöglicht eine umfassende Analyse sowohl von On-Target- als auch von Off-Target-Ereignissen.

Die Fähigkeit, umfangreiche Bearbeitungsergebnisse zu erfassen, ist entscheidend für die genaue Charakterisierung von CRISPR-Experimenten. Forscher können strukturelle Veränderungen, einschließlich Deletionen und Insertionen, über erweiterte genomische Regionen hinweg direkt beobachten. Die folgende Tabelle vergleicht die Wirksamkeit verschiedener Sequenzierungsansätze bei der Identifizierung großer Deletionen und AAV-Integrationsstellen:

Forscher profitieren von der direkten Erkennung komplexer genomischer Umstellungen. Die Nanopore-Amplikon-Sequenzierung ermöglicht die Identifizierung von AAV-Integrationsstellen mit hoher Auflösung, die fortschrittliche Anwendungen in der Genomtechnik und synthetischen Biologie unterstützen.

Quantifizierung der Bearbeitungseffizienz und unbeabsichtigter Umstellungen

Die präzise Quantifizierung der Bearbeitungseffizienz bleibt entscheidend für die Validierung von Genbearbeitungsexperimenten. Die Nanopore-Amplikon-Sequenzierung unterstützt die Erkennung von beabsichtigten Änderungen und unbeabsichtigten Umstellungen in einem einzigen Sequenzierungslauf. Forscher können das gesamte Spektrum der Bearbeitungsergebnisse analysieren, einschließlich kleiner Indels, großer Deletionen und komplexer struktureller Varianten.

Dieser Sequenzierungsansatz ermöglicht die Erkennung seltener Ereignisse, die die Interpretation experimenteller Ergebnisse beeinflussen können. Durch die Erzeugung langer Reads können Forscher mehrere Änderungen phasieren und zwischen gezielten und ungezielten Modifikationen unterscheiden. Die Technologie liefert Echtzeitdaten, die eine schnelle Bewertung der Bearbeitungseffizienz und die Erkennung unerwarteter genomischer Veränderungen ermöglichen.

Die wichtigsten Vorteile dieses Ansatzes sind:

• Direkte Erkennung von großen Deletionen und Umstellungen

• Hohe Sensitivität für seltene Bearbeitungsergebnisse

• Umfassende Analyse sowohl der zielgerichteten als auch der nicht zielgerichteten Ereignisse

• Echtzeit-Sequenzierung zur schnellen Validierung

Forscher in der Genomtechnik und synthetischen Biologie verlassen sich auf die Nanoporen-Amplicon-Sequenzierung, da sie genaue, hochauflösende Daten liefert. Diese Technologie fördert das Feld, indem sie die Erkennung und Quantifizierung komplexer Bearbeitungsergebnisse ermöglicht und die Entwicklung von Strategien zur Genbearbeitung der nächsten Generation unterstützt.

4. Epigenetik: Direkte Methylierungsnachweis auf nativer DNA

Simultane Sequenzierung und Methylierungsprofiling (5mC/5hmC)

Epigenetische Modifikationen, wie 5-Methylcytosin (5mC) und 5-Hydroxymethylcytosin (5hmC), spielen eine entscheidende Rolle bei der Genregulation und der Genomstabilität. Nanopore-Amplikon-Sequenzierung ermöglicht Forschern, simultane Sequenzierung und Methylierungsprofilierung auf nativer DNA durchzuführen. Dieser Ansatz ermöglicht die direkte Erkennung von Basismodifikationen ohne die Notwendigkeit chemischer Umwandlungen oder Amplifikation. Wissenschaftler können lange DNA-Stränge analysieren, was die Integrität epigenetischer Marker bewahrt und hochgradige Anwendungen in komplexen genomischen Studien unterstützt.

Forscher profitieren von der Fähigkeit, zwischen 5mC- und 5hmC-Signalen in einem einzigen Sequenzierungslauf zu unterscheiden. Die Technologie liefert genaue Methylierungsaufrufe über mehrere Kandidatenregionen hinweg, selbst in großen Kohorten. Die folgende Tabelle fasst die Genauigkeit der Methylierungsprofilierung bei unterschiedlichen Abdeckungs-Tiefen:

Diese hohe Korrelation zeigt die Zuverlässigkeit von Methylierungserkennungauch bei moderater Abdeckung. Wissenschaftler können die Anzahl der Amplicons erhöhen, ohne die Leistung zu beeinträchtigen, was großangelegte epigenetische Studien unterstützt.

Die wichtigsten Vorteile dieses Ansatzes sind:

• Analyse längerer DNA-Stränge ohne Degradation

• Hohe Durchsatzrate für große Stichprobenmengen

• Erkennung mehrerer Cytosin-Modifikationen in nativer DNA

• Keine Anforderung an DNA-Amplifikation oder aggressive chemische Behandlung.

• Niedrige Kosten und schnelle Probenvorbereitung

Forscher können auch nutzen CRISPR/Cas9-zielgerichtete Anreicherung für kosteneffektives Targeting spezifischer genomischer Regionen. Diese Flexibilität erhöht den Nutzen der Nanoporen-Amplicon-Sequenzierung in der fortgeschrittenen epigenetischen Forschung.

Eliminierung des Bisulfid-Konversionsbias für genauere epigenetische Daten

Traditionelles Bisulfit-Sequencing führt aufgrund harter chemischer Behandlungen und DNA-Abbau zu Verzerrungen. Nanopore-Amplicon-Sequencing beseitigt diese Probleme, indem es die direkte Erkennung von Cytosin-Methylierung in nativer DNA ermöglicht. Die Plattform misst Basismodifikationen durch Veränderungen des ionischen Stroms, was eine Echtzeit-Sequenzierung und Methylierungsanalyse ohne vorherige Modifikation ermöglicht.

Die folgende Tabelle hebt die Reduzierung des Bisulfit-Umwandlungsbias hervor:

Forscher können mehrere Kandidatenregionen analysieren gleichzeitig und passt Arbeitsabläufe für großangelegte Studien an. Die Technologie unterstützt eine hohe Skalierbarkeit, die es ermöglicht, eine größere Anzahl von Amplicons effizient zu sequenzieren. Diese Fähigkeit gewährleistet robuste und reproduzierbare Ergebnisse für epigenetische Anwendungen in Forschungsumgebungen.

Tipp: Die direkte Methylierungsdetektion mit Nanoporen-Amplicon-Sequenzierung bietet einen optimierten Arbeitsablauf, reduziert die Probenhandhabungsschritte und erhöht die Datengenauigkeit für komplexe genomische Studien.

5. Fortgeschrittene Mikrobiologie: Vollständige 16S/ITS- und virale Genomik

Erreichen einer Belastungsstufenauflösung vs. Gattungsstufenauflösung (V3-V4)

Forscher in der Metagenomik benötigen hochauflösende Werkzeuge für eine genaue taxonomische Klassifikation. Traditionelles Sequenzieren mit kurzen Reads beschränkt oft die metagenomische Analyse auf die Identifizierung auf Gattungsebene, insbesondere wenn die V3-V4-Regionen des 16S-rRNA-Gens anvisiert werden. Die Nanoporen-Amplicon-Sequenzierung überwindet dieses Hindernis, indem sie vollständige 16S- und ITS-Amplicons erzeugt, was eine Auflösung auf Arten- und Stamm-Ebene ermöglicht. Dieser Fortschritt transformiert die metagenomische Sequenzierung und ermöglicht es Wissenschaftlern, eng verwandte mikrobielle Taxa in komplexen Gemeinschaften zu unterscheiden.

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Ergebnisse aus aktuellen metagenomischen Studien mit Nanopore-Plattformen zusammen:

Metagenomische Sequenzierung mit der Oxford Nanopore-Technologie werden Lese-Längen von bis zu Zehntausende bis Hunderte von KilobasenDiese Fähigkeit unterstützt umfassende metagenomische Analysen, erfasst gesamte Genregionen und verbessert die Genauigkeit der Zuordnungen auf Artenebene. Obwohl die aktuellen Fehlerquoten möglicherweise nicht immer eine Auflösung auf Einzel-Nukleotid-Ebene ermöglichen, liefert die Methode robuste Daten für die quantitative Bestimmung von Arten in Forschungsanwendungen.

Hinweis: Die vollständige Sequenzierung von 16S und ITS ermöglicht es Forschern, quantitative metagenomische Analysen durchzuführen, die für Studien in der Umweltmikrobiologie, Lebensmittelsicherheit und landwirtschaftlichen Biotechnologie unerlässlich sind.

Schnelle Identifizierung von Krankheitserregern und Genen für antimikrobielle Resistenzen (AMR)

Geschwindigkeit und Genauigkeit sind entscheidend in der metagenomischen Sequenzierung für fortgeschrittene Mikrobiologieforschung. Die Nanopore-Amplicon-Sequenzierung ermöglicht eine schnelle Erkennung von mikrobiellen Taxa und Resistenzdeterminanten und unterstützt Echtzeit-metagenomische Arbeitsabläufe. Forscher können Krankheitserreger innerhalb von Minuten nach Beginn der Sequenzierung identifizieren. Alle vordefinierten Gene der antimikrobiellen Resistenz und Plasmide werden innerhalb einer Stunde mit Rohsequenzierungsdaten nachweisbar.

Die wichtigsten Vorteile dieses Ansatzes sind:

• Identifizierung von mikrobiellen Taxa innerhalb von 10 Minuten nach der Sequenzierung

• Nachweis aller gezielten AMR-Gene und Plasmide in weniger als einer Stunde

• Bedeutende Zeitersparnis im Vergleich zu traditionellen kulturbasierten metagenomischen Methoden

Metagenomische Sequenzierung mit Nanopore-Technologie vereinfacht die Erkennung seltener oder unerwarteter Organismen in komplexen Proben. Diese schnelle Bearbeitungszeit beschleunigt die metagenomische Analyse und ermöglicht zeitnahe Einblicke in die Struktur und das funktionale Potenzial mikrobieller Gemeinschaften. Forscher können Trends der antimikrobiellen Resistenz überwachen und das Auftreten neuer Resistenzmechanismen mit hoher Sensitivität verfolgen.

Metagenomische Sequenzierung unterstützt auch die Erkennung von viralen Genomen und bietet eine vollständige Abdeckung für die Identifizierung auf Stammebene und die Entdeckung von Varianten. Die Fähigkeit, lange Reads über gesamte virale Genome zu erzeugen, verbessert die Auflösung metagenomischer Studien und erleichtert die Untersuchung der viralen Vielfalt und Evolution.

Tipp: Die Nanopore-Amplicon-Sequenzierung ermöglicht es Forschungsteams, eine umfassende metagenomische Analyse durchzuführen, von der schnellen Erkennung bis zur hochauflösenden taxonomischen Zuordnung, in einem einzigen optimierten Arbeitsablauf.

Vergleich der Methoden zur Erkennung von Krankheitserregern: Traditionelle kulturbasierte Methoden vs. Nanopore-Sequenzierung, unter Berücksichtigung von Zeit, Genauigkeit und Echtzeitfähigkeiten.

Vergleichende Analyse: Nanopore vs. Illumina für Amplicon-Sequenzierung

Forscher bewerten Sequenzierungsplattformen häufig anhand ihrer technischen Leistung in gezielten Anwendungen. Nanopore- und Illumina-Plattformen bieten jeweils einzigartige Stärken für genomische Studien. Das Verständnis der Unterschiede in der Leselänge, der Durchlaufzeit und der Empfindlichkeit gegenüber strukturellen Varianten hilft Forschungsteams, das optimale Werkzeug für ihre experimentellen Ziele auszuwählen.

Nanoporen-Sequenzierung zeichnet sich durch die Fähigkeit aus, ultra-lange Reads zu erzeugen. Diese Reads können gesamte Genregionen, repetitive Elemente und komplexe strukturelle Varianten abdecken. Im Gegensatz dazu produziert die Illumina-Sequenzierung kürzere Reads, erreicht jedoch eine hohe Genauigkeit und Tiefe der Abdeckung. Beide Plattformen unterstützen hochdurchsatzfähige Arbeitsabläufe, aber ihre technischen Spezifikationen beeinflussen die Erkennung genomischer Merkmale.

Die Sensitivität für strukturelle Varianten variiert zwischen den beiden Plattformen. Die Nanopore-Sequenzierung erreicht nahezu vollständige Genome bei hoher Tiefe und unterstützt die Erkennung großer Insertionen, Deletionen und Umstellungen. Die Illumina-Sequenzierung bietet eine höhere Genauigkeit für einzelne Nukleotidvarianten und kleine Indels aufgrund ihrer tiefen Abdeckung. Forscher wählen oft die Nanopore-Sequenzierung für eine umfassende Erkennung struktureller Varianten, während die Illumina-Sequenzierung eine starke Wahl für Anwendungen bleibt, die eine hohe Basengenauigkeit erfordern.

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten technischen Spezifikationen für beide Plattformen zusammen:

Tabelle: Leselänge, Durchlaufzeit und Sensitivität für strukturelle Varianten

Hinweis: Nanopore-Sequenzierung ermöglicht die direkte Erkennung komplexer struktureller Varianten und unterstützt das Phasing über lange genomische Regionen. Die Illumina-Sequenzierung glänzt in Anwendungen, die eine hohe Genauigkeit für kleine Varianten erfordern.

Forscher sollten die spezifischen Anforderungen ihrer Sequierungsprojekte berücksichtigen. Nanoporen-Sequenzierung bietet Vorteile für Phasierung, Methylierungsanalysen und die Erkennung großer genomischer Veränderungen. Illumina-Sequenzierung bietet eine robuste Leistung für hochdurchsatzfähige Variantenerkennung und quantitative Studien. Beide Plattformen tragen wertvolle Erkenntnisse zur genomischen Forschung bei, aber ihre technischen Unterschiede leiten die Auswahl der Plattform für gezielte Sequenzierungsanwendungen.

Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Amplicon-Sequenzierung

Was ist das Prinzip hinter der Nanoporen-Sequenzierung?

Nanoporen-Sequenzierung funktioniert, indem einzelne DNA- oder RNA-Moleküle durch konstruierte Nanoporen geleitet werden. Das System erkennt Änderungen im Ionenstrom, während jedes Molekül transloziert. Algorithmen zur Basisbestimmung auf Basis von neuronalen Netzwerken interpretieren diese Signale in Echtzeit und wandeln sie in Nukleotidsequenzen um. Dieser Ansatz ermöglicht die direkte Sequenzierung und Erkennung von Modifikationen ohne Amplifikation oder chemische Umwandlung.

Was beinhaltet ein typisches Nanopore-Sequenzierungsprotokoll?

Ein Standardprotokoll besteht aus der Probenentnahme und Qualitätskontrolle, gefolgt von der Bibliotheksvorbereitung. Die Sequenzierung erfolgt in Echtzeit, wobei die Basiserkennung und Demultiplexierung gleichzeitig durchgeführt werden. Der Arbeitsablauf endet mit der bioinformatischen Analyse und der strukturierten Datenlieferung. Jeder Schritt unterstützt die hochpräzise Erkennung von Varianten, Methylierung und Transkript-Isoformen.

Wie lang sind die Lesevorgänge, die durch Oxford Nanopore-Sequenzierung erzeugt werden?

Nanopore-Plattformen erzeugen routinemäßig lange Reads, die oft mehrere zehn Kilobasen umfassen. Ultra-lange Workflows können Moleküle in Megabase-Größe erreichen. Diese Fähigkeit ermöglicht eine umfassende Erkennung von strukturellen Varianten, Phasierung und die Analyse vollständiger Transkripte.

Wie wird die Sequenzierungsgenauigkeit berichtet?

Die Genauigkeit wird anhand von Q-Score-Verteilungen zusammengefasst. Die endgültige Genauigkeit hängt von der Probenqualität, der Sequenzierungstechnologie, der Lesetiefe und der Analysepipeline ab. Forscher erhalten detaillierte Berichte, die Genauigkeitsmetriken und Variantenentdeckungsraten enthalten.

Was sind die Hauptanwendungen der Nanopore-Sequenzierung?

Nanopore-Sequenzierung unterstützt de novo-Assemblierungen, Analyse struktureller Variationen, Methylom-Profiling, Erkennung vollständiger Transkripte, gezielte Panels und Metagenomik. Diese Anwendungen ermöglichen hochauflösende Studien in der Krebsforschung, der Entdeckung von Biomarkern und der therapeutischen Entwicklung.

Was ist der Unterschied zwischen Cas9-gezielter Sequenzierung und adaptiver Probenahme?

Cas9-gezielte Sequenzierung verwendet Leit-RNAs, um spezifische genomische Regionen vor der Sequenzierung anzureichern. Adaptives Sampling reichert während der Sequenzierung mithilfe softwaregesteuerter Auswahl Reads an oder entzieht sie. Beide Methoden verbessern die Erkennung von Regionen von Interesse, aber adaptives Sampling ermöglicht eine dynamische Anpassung in Echtzeit.

Kann die Nanopore-Sequenzierung DNA-Methylierung oder RNA-Modifikationen nachweisen?

Nanopore-Signale unterstützen die forschungsgradgerechte Erkennung von DNA-Modifikationen, einschließlich Methylierung. Die Plattform bietet modifikationsassoziierte Signalmerkmale, die eine direkte Analyse von epigenetischen Markierungen und Transkriptvarianten ermöglichen.

Unterstützen Bioinformatik-Pipelines die Erkennung von Isoformen und Fusions?

Ja, fortgeschrittene bioinformatische Workflows ermöglichen die Entdeckung von Transkript-Isoformen in voller Länge und die Fusionserkennung. Diese Werkzeuge erleichtern die umfassende Analyse komplexer genomischer Ereignisse und unterstützen die hochkonfidente Variantenbestimmung.

Was unterscheidet die Nanopore-Amplikon-Sequenzierung von Kurzleseplattformen?

Nanopore-Amplikon-Sequenzierung generiert lange Lesestücke, die gesamte Genregionen umfassen. Dieser Ansatz ermöglicht eine direkte Phasierung, die Erkennung struktureller Varianten und die Methylierungsanalyse. Forscher erhalten Zugang zu umfassenden Daten für komplexe genomische Studien.

Wie unterstützt die Nanopore-Technologie die Variantenphasenbestimmung?

Die Plattform erzeugt Lesungen, die mehrere Varianten innerhalb eines einzelnen Moleküls abdecken. Diese Fähigkeit ermöglicht es Forschern, cis- oder trans-Konfigurationen zu bestimmen, was entscheidend für die Interpretation von Mutationen in Verbindungen in der Krebsforschung und der Entdeckung von Biomarkern ist.

Kann die Nanopore-Sequenzierung epigenetische Modifikationen direkt nachweisen?

Ja. Nanopore-Sequenzierung analysiert natives DNA und identifiziert Methylierungsmarken wie 5mC und 5hmC, ohne chemische Umwandlung. Diese direkte Detektion bewahrt die Integrität der Proben und unterstützt hochauflösende epigenetische Studien.

Wie gewährleistet der Workflow eine hohe Datenqualität?

Der Arbeitsablauf umfasst hochpräzise PCR, strenge Qualitätskontrollen und fortschrittliche Fehlerkorrektur. Jeder Schritt minimiert Fehler und maximiert das Vertrauen in Variantenaufrufe, Phasierung und Methylierungsanalysen.

Ist der Workflow anpassbar für spezifische Forschungsbedürfnisse?

Ja. CD Genomics bietet maßgeschneiderte Primer-Designs und flexible Panel-Auswahl an. Forscher können gezielt bestimmte Gene, Regionen oder mikrobielle Taxa anvisieren und den Arbeitsablauf an die spezifischen Anforderungen des Projekts anpassen.

Welche Arten von Proben sind mit der Nanopore-Amplikon-Sequenzierung kompatibel?

Die Plattform unterstützt hochmolekulare DNA, RNA und Amplicons aus verschiedenen Quellen. Forscher können menschliche, tierische, pflanzliche oder mikrobielle Proben analysieren, sofern die Eingaben die Reinheits- und Integritätsstandards erfüllen.

Unterstützt die Bioinformatik-Pipeline die Analyse komplexer Varianten?

Die Pipeline ermöglicht die Erkennung von strukturellen Varianten, Phasierung und Methylierung. Fortschrittliche Algorithmen filtern Chimären und unterdrücken Fehler, was eine robuste Analyse für die translationale Forschung und die therapeutische Entwicklung gewährleistet. Fazit: Die richtige Sequenzierungstechnologie für Ihre Forschungsziele wählen.

Fazit

Die Auswahl der optimalen Sequenzierungsplattform bleibt eine entscheidende Entscheidung für Forschungsteams, die darauf abzielen, die Präzisionsmedizin voranzutreiben. Jede Technologie bietet einzigartige Stärken, und die Wahl hängt von den spezifischen Forschungszielen, den Probenarten und der Komplexität der untersuchten genomischen Regionen ab.

Langzeit-Lese-Technologien der dritten Generation (TGS), wie Pacific Biosciences und Oxford Nanopore Technologies, bieten erhebliche Vorteile gegenüber Kurzlesetechnologien. Dazu gehören die Fähigkeit, schwer zu sequenzierende Regionen zu analysieren, natives Sequenzieren durchzuführen und Echtzeitanalysen zu ermöglichen, die für Anwendungen in der Präzisionsmedizin entscheidend sind.

Forscher sollten mehrere Faktoren bewerten, wenn sie den besten Sequenzierungsansatz bestimmen:

• Leseanforderungen an die Länge: Langzeit-Sequenzierung ermöglicht eine umfassende Analyse von strukturellen Varianten, Phasierung und Methylierung über erweiterte genomische Regionen. Diese Fähigkeit unterstützt die hochauflösende Erkennung komplexer Umstellungen und die vollständige Charakterisierung von Genen.

• Bearbeitungszeit: Echtzeit-Sequenzierungsplattformen wie Nanopore liefern schnelle Ergebnisse. Diese Geschwindigkeit beschleunigt experimentelle Arbeitsabläufe und unterstützt zeitkritische Projekte.

• Datenoutput und Genauigkeit: Hochauflösende Sequenzierung gewährleistet eine zuverlässige Variantenentdeckung und ein robustes Methylierungsprofiling. Fortschrittliche Fehlerkorrektur-Pipelines verbessern zusätzlich die Datenqualität.

• Anpassung und Flexibilität: Gezielte Amplicon-Sequenzierung ermöglicht das Design von maßgeschneiderten Panels, die verschiedene Forschungsziele in der Krebsforschung, der Entdeckung von Biomarkern und der translationalen Genomik unterstützen.

Eine aktuelle Studie, die Nanopore-Sequenzierung verwendete, charakterisierte erfolgreich 37 kurze tandemartige Wiederholungs-Loci, die mit erblichen neurologischen Erkrankungen verbunden sind, und zeigt das klinische Potenzial der Technologie in der Präzisionsmedizin.

Die folgende Tabelle fasst wichtige Überlegungen zur Auswahl der Plattform zusammen:

Forschungsteams profitieren von der technischen Überlegenheit der Nanopore-Amplicon-Sequenzierung für komplexe genomische Studien. Diese Plattform zeichnet sich durch die Erkennung großer struktureller Varianten, das Phasieren entfernter Mutationen und die direkte Methylierungsanalyse aus. Die Fähigkeit, native Sequenzierung und Echtzeitdetektion durchzuführen, positioniert Nanopore als bevorzugte Lösung für Anwendungen, die ausschließlich für die Forschung (RUO) bestimmt sind.

CD Genomics unterstützt Wissenschaftler mit einem optimierten Workflow, fachkundiger Anleitung und umfassender bioinformatischer Analyse. Durch die Nutzung der Stärken der Nanopore-Amplikon-Sequenzierung können Forschungsteams neue Erkenntnisse gewinnen, Entdeckungen beschleunigen und die herausforderndsten Fragen in der Genomik angehen.

Tipp: Bewerten Sie Ihre Forschungsziele, Probenarten und die Komplexität Ihrer Zielregionen, bevor Sie eine Sequenzierungsplattform auswählen. Die richtige Wahl maximiert die Datenqualität, die Nachweisfähigkeit und die Effizienz des Projekts.

Nanoporen-Amplikon-Sequenzierung liefert transformative Auswirkungen in Anwendungen der Onkologie, Immunologie, Genbearbeitung, Epigenetik und Mikrobiologie. Forscher erreichen präzise Erkennung und Phasierung genetischer Varianten, vollständige Charakterisierung neuartiger Isoformen und robuste Überwachung mikrobieller Gemeinschaften. Die Technologie unterstützt hochauflösende Sequenzierung, schnelle Erkennung und Echtzeitdatenanalyse, die für fortgeschrittene Forschung unerlässlich sind. CD Genomics bietet Fachwissen und optimierte Arbeitsabläufe für eine nahtlose Integration. Die folgende Tabelle beschreibt die empfohlene Probenvorbereitung für eine erfolgreiche Implementierung:

Forscher können CD Genomics für maßgeschneiderte Sequenzierungslösungen kontaktieren.