Wenn Sie jemals Hunderte von Gigabasen in ein Projekt investiert haben und dennoch mit einer fragmentierten Assemblierung, mehrdeutigen Varianten oder einem Haufen Contigs endeten, denen Sie nicht ganz vertrauen, sind Sie nicht allein. In vielen genomischen und metagenomischen Studien besteht der Engpass nicht in "mehr Daten" – es geht darum, die Art von Daten auszuwählen, die zur biologischen Fragestellung passt.
Dieser Leitfaden vergleicht PacBio HiFi, Oxford Nanopore (ONT) und Illumina auf eine entscheidungsorientierte Weise. Anstatt mit einer langen technischen Geschichte zu beginnen, konzentrieren wir uns darauf, was tatsächlich die Ergebnisse verändert: den Kompromiss zwischen Lese- und Genauigkeit, was Kopf-an-Kopf-Studien zeigen, wenn die gleiche Probe wird auf verschiedenen Plattformen sequenziert, und welche Plattform (oder Hybrid) tendenziell für die Metagenom-Assemblierung (MAGs), strukturelle Varianten (SVs) und Transkriptomik gewinnt.
Sequenzierungsplattformen sind nicht austauschbar. Die Plattform beeinflusst:
Eine gute Möglichkeit, die Wahl der Plattform zu formulieren, ist zu fragen: Mit welchem Fehler kann ich leben?
Entscheidungsworkflow zur Auswahl von Illumina, ONT oder PacBio HiFi.
Ein einfaches mentales Modell (und ja, es ist ein wenig metaphorisch, aber es ist nützlich):

Die untenstehenden Werte sind typische Bereiche und variieren je nach Instrument, Chemie, Bibliotheksqualität und Laufkonfiguration. Verwenden Sie sie als Orientierung, nicht als feste Spezifikationen.
| Merkmal | PacBio HiFi | Oxford Nanopore (ONT) | Illumina |
|---|---|---|---|
| Sequenzierungsprinzip | SMRT mit zirkulärem Konsens (HiFi/CCS) | Ionenstrom durch Nanoporen | Sequenzierung durch Synthese (umkehrbare Terminatoren) |
| Typische Leselänge | ~10–25 kb (häufig im Teenagerbereich) | Oft 10–100 kb; ultralang möglich mit sorgfältiger HMW-Vorbereitung. | Typischerweise 2×150 bp (oder ähnliche Paar-Ende) |
| Basisgenauigkeit (praktisch) | Sehr hoch (HiFi wird häufig mit etwa ~99,8% angegeben) | Chemie/basiskallerabhängig; kann in einigen Q20+-Modi über 99 % liegen, aber der Kontext ist entscheidend. | Sehr hoch (gewöhnlich >99,9% pro Basis) |
| Stärke | Lang und genau; stark für Assemblierung, Phasierung, viele SV- und Metagenomaufgaben. | Lange/ultra-lange; flexible, Echtzeit-, direkte DNA/RNA-Möglichkeiten | Hoher Durchsatz, kosteneffizient pro Basis, ausgezeichnet für Quantifizierung und große Kohorten |
| Häufige Einschränkung | Kosten/Durchsatz-Abwägungen im Vergleich zu kurzen Reads; Die Qualität des HMW-Eingangs ist weiterhin wichtig. | Fehlermodi können bestimmte Regionen betreffen; die besten Ergebnisse hängen oft von Politur/Abdeckung ab. | Kurze Lesungen haben Schwierigkeiten mit Wiederholungen, großen strukturellen Varianten, Haplotypen und zusammenhängender Assemblierung. |
Wenn Sie eine schnelle Einführung in die Kerntechnologien wünschen, sind diese Ressourcen von CD Genomics nützlich:
Spezifikationen können Ihnen nicht sagen, was passiert, wenn Genome unordentlich sind, Gemeinschaften gemischt sind und Wiederholungen überall vorkommen. Deshalb sind Kopf-an-Kopf-Studien wertvoll: Sie zeigen, wie sich die Eigenschaften der Plattform auf die Kontinuität, Korrektheit und Interpretierbarkeit der Assemblierung auswirken.
Unterschiede in den Ergebnissen auf hoher Ebene, wenn dieselbe Probe auf drei Plattformen sequenziert wird.
In einer Studie aus dem Jahr 2025, die sich auf metagenomisch assemblierte Genome (MAGs) konzentrierte, verglichen die Autoren die Assemblierungen, die aus denselben Proben mit Illumina, ONT und PacBio HiFi erzeugt wurden, und bewerteten dann die Genauigkeit anhand isolierter Genome als Referenzen (Deng et al.). Die zentrale Erkenntnis ist nicht, dass "eine Plattform immer gewinnt" – sondern dass jede Plattform versagt. anders:
Eine hilfreiche Möglichkeit, dies zu interpretieren, ist: Illumina ist hervorragend darin, viele genaue Fragmente zu sammeln, ONT ist großartig darin, lange Distanzen zu überbrücken, und HiFi ist ungewöhnlich gut darin, beides gleichzeitig zu tun – mit einem Kosten-/Durchsatzkompromiss.
Es ist verlockend anzunehmen, dass Illumina am besten zusammenfügt, da seine Genauigkeit pro Basis so hoch ist. Aber in Metagenomen oder repetitiven Genomen wird die Leselänge zum entscheidenden Faktor für die Richtigkeit. Kurze Reads können oft Wiederholungen nicht eindeutig überbrücken oder eng verwandte Varianten dem richtigen Stamm/Haplotyp zuordnen. Lange Reads bieten den fehlenden Kontext, und die hohe Genauigkeit von HiFi hilft, Varianten zu platzieren, ohne Verwirrung durch Fehlerrauschen einzuführen.
Wenn Metagenomik Ihr Hauptanwendungsfall ist, bietet eine aktuelle Übersicht über die Rolle von HiFi in der Metagenomik einen umfassenderen Blick darauf, wo HiFi tendenziell die Auflösung verbessert (Han et al.).
Dieser Abschnitt ist der "Entscheidungskern." Wählen Sie das Ziel, das zu Ihrem Projekt passt, und verwenden Sie es als Ausgangspunkt.
Plattformanpassung durch gemeinsame Forschungsziele in der Genomik und Metagenomik.
Wenn Ihr Ziel eine umfassende Untersuchung ist – Gemeinschaftszusammensetzung, Genkataloge, funktionale Profilierung – ist Illumina oft die effizienteste Basis. Sie erhalten eine hohe Durchsatzrate und zuverlässige Quantifizierung im großen Maßstab.
Aber wenn sich Ihr Ziel auf hochwertige MAGs, Strain-Level-Auflösung oder nahezu Referenzassemblierungen verschiebt, stoßen kurze Reads an ihre Grenzen. Dann werden lange Reads mehr als nur ein "schön zu haben".
Wann Illumina oft genug ist
Wenn ONT leuchtet
Wann HiFi die beste Wahl ist
Hybride Strategien, die oft gut funktionieren
In der Praxis geht es bei hybriden Designs weniger darum, "was am besten ist", sondern vielmehr darum, "wofür möchten Sie Ihr Budget ausgeben: Abdeckung, Kontinuität oder Richtigkeit?"
SV-Projekte sind Bereiche, in denen Plattformunterschiede schnell sichtbar werden, da SVs oft in Wiederholungen, segmentalen Duplikationen oder komplexen Loci sitzen, die von kurzen Reads nicht sauber durchquert werden können.
Illumina ist stark in:
Lange Reads (ONT/HiFi) sind stark für:
Die Wahl zwischen ONT und HiFi für SV-intensive Arbeiten
Wenn die Entdeckung von SVs ein zentrales Ziel Ihres Projekts ist, ist die Ganzgenomsequenzierung oft der direkteste Weg—siehe Whole-Genome-Sequenzierungsdienste.
Die Transkriptomik ist der Bereich, in dem "Plattformwahl" tatsächlich "zwei verschiedene Fragen" bedeuten kann.
Illumina eignet sich am besten für:
Lange Texte eignen sich am besten für:
Ein sehr verbreiteter "Best-of-Both"-Ansatz
Verwenden Sie Illumina zur Quantifizierung und fügen Sie eine Langleseschicht für die Transkriptstruktur hinzu.PacBio Iso-Seq Stil-Workflows oder Nanoporen-RNA-Sequenzierung).
Manchmal ist die "beste" Plattform auf dem Papier nicht die beste Plattform für dein Muster oder Ihre ProjektlogistikDiese Einschränkungen entscheiden häufig das Ergebnis mehr als die Spezifikationen.
Praktische Faktoren, die häufig die Wahl der Plattform beeinflussen.
Der Erfolg von Long-Read-Technologien hängt stark von hochmolekularen (HMW) DNA oder intakter RNA (für bestimmte Arbeitsabläufe) ab. Wenn Ihre DNA bereits fragmentiert ist, können die Ziele für ultra-lange Reads schnell scheitern. Umgekehrt kann gut aufbereitete HMW-DNA ONT-ultra-lange Strategien realistisch machen und auch die Leistung von HiFi-Bibliotheken verbessern.
Praktische Anleitung:
Illumina gewinnt, wenn Sie Durchsatz über viele Proben benötigen. Lange Reads können ebenfalls skalieren, aber Sie planen normalerweise anders: weniger Proben mit höherer Informationsdichte oder ein hybrides Design.
Fragen:
Alle Plattformen erfordern Bioinformatik, aber die Schmerzpunkte unterscheiden sich.
Das bedeutet nicht, dass lange Lesungen "schwierig" sind – es bedeutet, dass Sie Zeit und Fachwissen für das Design der Analyse einplanen sollten, nicht nur für die Sequenzierung.
Die Kosten und die Bearbeitungszeit hängen von den Projektdetails ab, aber das Entscheidungsverhalten ist tendenziell stabil:
Wenn Sie eine kurze Entscheidungsregel möchten, die tatsächlich funktioniert:
Eine Zusammenfassung in einfacher Sprache
Wenn Sie ein Projekt planen und eine End-to-End-Lösung wünschen, kann CD Genomics Illumina-Short-Read-, PacBio-SMRT/HiFi- und Oxford-Nanopore-Sequenzierung unterstützen – sowie Bioinformatik für die Assemblierung, SV-Analyse und Transkriptomik (sehen PacBio SMRT-Sequenzierung und Oxford Nanopore Sequenzierungsdienste).
Was ist PacBio HiFi-Sequenzierung?
PacBio HiFi (hochpräzise) Sequenzierung erzeugt lange Reads mit sehr hoher Genauigkeit, indem dasselbe DNA-Molekül mehrfach gelesen wird und ein Konsens erstellt wird. Es wird oft gewählt, wenn man einen langfristigen Kontext benötigt, ohne dafür ungenaue Basenaufrufe in Kauf zu nehmen.
Welches ist besser: PacBio HiFi oder Oxford Nanopore (ONT)?
Keines ist universell "besser" – es hängt davon ab, was Sie am meisten benötigen. HiFi ist eine starke Standardwahl, wenn Genauigkeit und saubere Baugruppen wichtig sind, während ONT attraktiv ist, wenn ultra-lange Spannweiten, Flexibilität oder Echtzeitanwendungen Priorität haben.
Ist Illumina immer noch die beste Wahl für die meisten Projekte?
Für großangelegte Studien, die sich auf die Quantifizierung von Expression, Varianten-Screening oder kosteneffiziente Breite über viele Proben konzentrieren, bleibt Illumina eine praktische Basis. Die Hauptbeschränkung zeigt sich, wenn Ihre zentrale Frage von sich wiederholenden Sequenzen abhängt, komplexe Strukturen aufgelöst werden müssen oder hochkontinuierliche Assemblierungen erstellt werden sollen.
Kann die Nanopore-Sequenzierung so genau sein wie die von Illumina?
In vielen Arbeitsabläufen kann die Genauigkeit von ONT erheblich verbessert werden, wenn aktualisierte Chemien, Basisbestimmungen und Polierungen verwendet werden, insbesondere bei ausreichender Abdeckung. Die Entscheidung hängt normalerweise davon ab, ob Ihr Projekt plattformspezifische Fehlerarten und die zusätzlichen Schritte, die erforderlich sind, um Ihr Genauigkeitsziel zu erreichen, tolerieren kann.
Brauche ich lange Reads für Metagenomik und MAG-Assemblierung?
Wenn Ihr Ziel hauptsächlich die Gemeinschaftsprofilierung oder Genkataloge im großen Maßstab ist, sind kurze Reads oft ausreichend. Lange Reads werden viel wertvoller, wenn Sie MAGs mit höherer Kontinuität, eine sauberere Trennung der Stämme oder eine bessere Auflösung bei Wiederholungen und mobilen Elementen wünschen.
Welche Plattform ist am besten für die Erkennung von strukturellen Varianten (SV)?
Lange Reads machen die SV-Erkennung im Allgemeinen direkter, da sie Breakpoints und repetitive Regionen überspannen können. HiFi wird oft bevorzugt, wenn klarere Ausrichtungen und höheres Vertrauen in die Ergebnisse gewünscht sind, während ONT hilfreich sein kann, wenn sehr lange Spannweiten der entscheidende Faktor sind.
Brauche ich Long-Read-Sequenzierung für die Transkriptomik?
Nicht immer. Wenn Ihr Hauptziel die differentielle Expression über viele Proben ist, ist RNA-Sequenzierung mit kurzen Reads typischerweise der effizienteste Ansatz; wenn Sie sich für vollständige Isoformen, komplexes Spleißen oder die Entdeckung der Transkriptstruktur interessieren, können lange Reads besser geeignet sein.
Sollte ich eine hybride Strategie (Illumina + Langlese) verwenden?
Hybride Designs sind oft der einfachste Weg, sowohl Breite als auch Auflösung zu erzielen – kurze Reads für Skalierung und Quantifizierung, lange Reads für Kontinuität und Struktur. Dieser Ansatz ist gängig, wenn Assemblierungen, SVs oder Isoformstrukturen wichtig sind, aber die Budgets dennoch effizient bleiben müssen.
Wie viel DNA benötige ich für Long-Read-Sequenzierung?
Die Anforderungen an die Eingaben hängen stark von der Art der Bibliothek, dem Organismus und der Zielsetzung für ultra-lange Reads ab. Als Regel gilt, dass der Erfolg von Langreads von hochmolekularer DNA und sorgfältiger Qualitätskontrolle profitiert. Daher ist es sinnvoll, die Extraktion und Handhabung als Teil des Sequenzierungsdesigns zu planen.
Wo kann ich anfangen, wenn ich bereits weiß, dass ich PacBio oder Nanopore benötige?
Sie können diese Seiten als Einstiegspunkte verwenden: PacBio SMRT-Sequenzierung und Oxford Nanopore Sequenzierungsdienste.
Referenzen: