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.
Lung adenocarcinoma accounts for about 40% of all lung cancers. With the recent development of gene profiling technology, studies on mutations in oncogenes and tumor suppressor genes, which are important for the development and growth of tumors, have been actively conducted. Companion diagnosis using next-generation sequencing helps improve survival with targeted therapy. In this study, formalin-fixed paraffin-embedded tissues of non-small cell lung cancer patients were subjected to hematoxylin and eosin staining for detecting genetic mutations that induce lung adenocarcinoma in Koreans. Immunohistochemical staining was also performed to accurately classify lung adenocarcinoma tissues. Based on the results, next-generation sequencing was applied to analyze the types and patterns of genetic mutations, and the association with smoking was established as the most representative cause of lung cancer. Results of next-generation sequencing analysis confirmed the single nucleotide variations, copy number variations, and gene rearrangements. In order to validate the reliability of next-generation sequencing, we additionally performed the existing genetic testing methods (polymerase chain reaction-epidermal growth factor receptor, immunohistochemistry-anaplastic lymphoma kinase (D5F3), and fluorescence in situ hybridiation-receptor tyrosine kinase 1 tests) to confirm the concordance rates with the next-generation sequencing test results. This study demonstrates that next-generation sequencing of lung adenocarcinoma patients simultaneously identifies mutation.
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.
This study was carried out to investigate the possibility of isolating the useful gene of soybean plant, anthocyanin, through NGS (Next Generation Sequencing) and molecular biology experiments. Lespedeza cuneata. G. don is a resource plant but has many useful materials. Especially, D-pinitol, which has anti-diabetic function, is contained in a large amount. However, the gene related to the biosynthesis of D-piniol has not been isolated in the non-spermatid. Lespedeza cuneata. G. don was treated with abiotic stress (drought), total RNA was extracted, and a library was constructed to perform NGS. In this way, the genes involved in D-pinitol biosynthesis were isolated and sequenced in silico. In order to support this, ononitol epimerase involved in D-pinitol amplification was identified using the Blast program and RT-PCR confirmed the increased gene expression in vitro, and the gene was isolated and identified by convergence study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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