Next-Generation Sequencing (NGS) is a term that means post-Sanger sequencing methods with high-throughput sequencing technologies. NGS parallelizes the sequencing process, producing thousands or millions of sequences at once. The latest NGS technologies use even single DNA molecule as a template and measures the DNA sequence directly via measuring electronic signals from the extension or degradation of DNA. NGS is making big impacts on biomedical research, molecular diagnosis and personalized medicine. The hospitals are rapidly adopting the use of NGS to help to patients understand treatment with sequencing data. As NGS equipments are getting smaller and affordable, many hospitals are in the process of setting up NGS platforms. In this review, the progress of NGS technology development and action mechanisms of representative NGS equipments of each generation were discussed. The key technological advances in the commercialized platforms were presented. As NGS platforms are a great concern in the healthcare area, the latest trend in the use of NGS and the prospect of NGS in the future in diagnosis and personalized medicine were also discussed.
Next-generation sequencing (NGS) technologies have changed the process of genetic diagnosis from a gene-by-gene approach to syndrome-based diagnostic gene panel sequencing (DPS), diagnostic exome sequencing (DES), and diagnostic genome sequencing (DGS). A priori information on the causative genes that might underlie a genetic condition is a prerequisite for genetic diagnosis before conducting clinical NGS tests. Theoretically, DPS, DES, and DGS do not require any information on specific candidate genes. Therefore, clinical NGS tests sometimes detect disease-related pathogenic variants in genes underlying different conditions from the initial diagnosis. These clinical NGS tests are expensive, but they can be a cost-effective approach for the rapid diagnosis of rare disorders with genetic heterogeneity, such as the glycogen storage disease, familial intrahepatic cholestasis, lysosomal storage disease, and primary immunodeficiency. In addition, DES or DGS may find novel genes that that were previously not linked to human diseases.
폐암은 크게 소세포성 폐암과 비소세포성 폐암으로 구분되며 비소세포성폐암이 차지하는 비율은 약 70%~80%이다. 비소세포성폐암 중 폐선암은 전체 폐암의 약 40%를 차지한다. 최근 유전자 프로파일링 기술이 발전하면서 종양의 발생 및 성장에 중요한 종양 유전자와 종양 억제 유전자의 변이에 대한 연구가 활발히 진행되어 폐암을 유발하는 특정 유전자들이 발견되면서 생존율에 큰 영향을 미치게 되었으며 특히 폐선암은 차세대 염기서열 분석법(next generation sequencing, NGS)을 이용한 동반진단을 통해 표적 치료로 생존을 높이는 데 도움을 얻을 수 있다. 본 연구는 한국인에서 폐선암을 유발하는 유전자 변이 검출을 위해 비소세포성폐암 환자의 파라핀 포매조직(formalin-fixed paraffin-embedded)으로 hematoxylin and eosin 염색을 시행하여 폐선암을 구분하였으며 정확한 폐선암 조직을 분류하기 위해 면역조직화학(immunohistochemistry, IHC)염색을 시행하였다. 그 결과를 바탕으로 NGS를 이용하여 유전자 변이의 종류와 패턴을 분석하였고 폐암을 유발하는 가장 대표적인 원인인 흡연과의 관계를 확인하였다. NGS 결과 단일염기서열변이(single nucleotide variation, SNV), 복제수변이 (copy number variation, CNV), 유전자 재배열을 확인하였으며 폐선암에서 SNV는 TP53 (44.6%), EGFR (35.7%), KRAS (10.7%), PIK3CA (6.2%), CDKN2A (4.4%) 순으로 발생하였고 CNV의 경우 EGFR (14%)이 가장 빈번하게 발생하였다. 또한 ALK, ROS1, RET 과 같은 유전자 재배열을 확인하였다. NGS의 신뢰도를 확인을 위하여 기존에 사용되고 있는 유전자 검사방법인 PCR-EGFR, IHC-ALK (D5F3), FISH-ROS1 검사를 추가적으로 시행하여 NGS 결과와 일치도를 확인하였다. 이 연구는 폐선암 환자에 대한 NGS가 여러 유전자의 돌연변이를 동시에 확인하여 치료 전략에 더욱 긍정적인 이익을 줄 수 있음을 보여준다.
Food fermentations have enhanced human health since the dawn of time and remain a prevalent means of food processing and preservation. Due to their cultural and nutritional importance, many of these foods have been studied in detail using molecular tools, leading to enhancements in quality and safety. Furthermore, recent advances in high-throughput sequencing technology are revolutionizing the study of food microbial ecology, deepening insight into complex fermentation systems. This review provides insight into novel applications of select molecular techniques, particularly next-generation sequencing technology, for analysis of microbial communities in fermented foods. We present a guideline for integrated molecular analysis of food microbial ecology and a starting point for implementing next-generation analysis of food systems.
Advancements in next generation sequencing (NGS) technologies have significantly increased the translational use of genomics data in the medical field as well as the demand for computational infrastructure capable processing that data. To enhance the current understanding of software and hardware used to compute large scale human genomic datasets (NGS), the performance and accuracy of optimized versions of GATK algorithms, including Parabricks and Sentieon, were compared to the results of the original application (GATK V4.1.0, Intel x86 CPUs). Parabricks was able to process a 50× whole-genome sequencing library in under 3 h and Sentieon finished in under 8 h, whereas GATK v4.1.0 needed nearly 24 h. These results were achieved while maintaining greater than 99% accuracy and precision compared to stock GATK. Sentieon's somatic pipeline achieved similar results greater than 99%. Additionally, the IBM POWER9 CPU performed well on bioinformatic workloads when tested with 10 different tools for alignment/mapping.
Developments in next-generation sequencing (NGS) techogies have assisted in clarifying the diagnosis and treatment of developmental delay/intellectual disability (DD/ID) via molecular genetic testing. Advances in DNA sequencing technology have not only allowed the evolution of targeted panels but also, and more currently enabled genome-wide analyses to progress from research era to clinical practice. Broad acceptance of accuracy-guided targeted gene panel, whole-exome sequencing (WES), and whole-genome sequencing (WGS) for DD/ID need prospective analyses of the increasing cost-effectiveness versus conventional genetic testing. Choosing the appropriate sequencing method requires individual planning. Data are required to guide best-practice recommendations for genomic testing, regarding various clinical phenotypes in an etiologic approach. Targeted panel testing may be recommended as a firsttier testing approach for children with DD/ID. Family-based trio testing by WES/WGS can be used as a second test for DD/ID in undiagnosed children who previously tested negative on a targeted panel. The role of NGS in molecular diagnostics, treatment, prediction of prognosis will continue to increase further in the coming years. Given the rapid pace of changes in the past 10 years, all medical providers should be aware of the changes in the transformative genetics field.
The objective of this study was to review application of next-generation sequencing (NGS) to investigate microbiome in the livestock sector. Since the 16S rRNA gene is used as a phylogenetic marker, unculturable members of microbiome in nature or managed environments have been investigated using the NGS technique based on 16S rRNA genes. However, few NGS studies have been conducted to investigate microbiome in the livestock sector. The 16S rRNA gene sequences obtained from NGS are classified to microbial taxa against the 16S rRNA gene reference database such as RDP, Greengenes and Silva databases. The sequences also are clustered into species-level OTUs at 97% sequence similarity. Microbiome similarity among treatment groups is visualized using principal coordinates analysis, while microbiome shared among treatment groups is visualized using a venn diagram. The use of the NGS technique will contribute to elucidating roles of microbiome in the livestock sector.
Gastric cancer is the second after lung cause of cancer-related mortality in the world. Early detection and treatment can lead to a long survival time. Recently microarrays and next generation sequencing (NGS) have become very useful tools of comprehensive research into gastric cancer, facilitating the identification of treatment targets and personalized treatments. However, there are numerous challenges from cancer target discovery to practical clinical benefits. Although there are many biomarkers and target agents, only a minority of patients are tested and treated accordingly. Microarray technology with maturity was established more than 10 years ago, and has been widely used in the study of functional genomics, systems biology, and genomes in medicine. Second generation sequencing technology is more recent, but development is very fast, and it has been applied to the genome, including sequencing and epigenetics and many aspects of functional genomics. Here we review insights gained from these studies regarding the technology of microarray and NGS, how to elucidate the molecular basis of gastric cancer and identify potential therapeutic targets, and how to analyse candidate genes. We also discuss the challenges and future directions of such efforts.
PacBio's long-read sequencing technologies can be successfully used for a complete bacterial genome assembly using recently developed non-hybrid assemblers in the absence of second-generation, high-quality short reads. However, standardized procedures that take into account multiple pre-existing second-generation sequencing platforms are scarce. In addition to Illumina HiSeq and Ion Torrent PGM-based genome sequencing results derived from previous studies, we generated further sequencing data, including from the PacBio RS II platform, and applied various bioinformatics tools to obtain complete genome assemblies for five bacterial strains. Our approach revealed that the hierarchical genome assembly process (HGAP) non-hybrid assembler resulted in nearly complete assemblies at a moderate coverage of ~75x, but that different versions produced non-compatible results requiring post processing. The other two platforms further improved the PacBio assembly through scaffolding and a final error correction.
본 연구는 콩과 식물인 비수리의 유용유전자를 NGS (Next Generation Sequencing)와 분자생물학의 융합적인 연구를 통해 분리하고 가능성을 알아보고자 시행하였다. 비수리는 자원식물이지만 많은 유용물질을 가지고 있다. 특히 항당뇨 기능을 하는 D-pinitol을 많이 함유하고 있는데 아직까지 비수리에서 D-piniol의 생합성에 관련된 유전자가 분리 되지 않았다. 비수리에 비생물학적 스트레스(가뭄)를 처리하고 처리하지 않은 대조군과 같이 total RNA를 추출한 후에 library를 만들어 NGS를 실시하였다. 이를 통해 D-pinitol 생합성에 관련된 유전자들을 분리하여 in silico 상에서 염기서열을 확인하였다. 이를 뒷받침하기 위해 Blast 프로그램을 사용하여 D-pinitol 생함성에 관여하는 ononitol epimerase를 확인하였고 in vitro 상에서도 RT-PCR을 통해 유전자 발현이 증가됨을 확인함으로써 융합적 연구를 통해 유전자를 찾고 분리하여 발현양상을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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