Tổng quan Giải trình tự DNA Nanopore

Công nghệ giải trình tự DNA Nanopore

Sử dụng công nghệ giải trình tự DNA nanopore dài để đọc, các nhà nghiên cứu có thể:

• Giải quyết các biến thể cấu trúc phức tạp và các vùng lặp đi lặp lại
• Đơn giản hóa việc lắp ráp bộ gen de novo và cải thiện bộ gen tham chiếu hiện có
• Nghiên cứu liên kết và phân kỳ
• Tăng cường nhận dạng metagenomic của các loài có liên quan chặt chẽ và phân biệt plasmid với bộ gen
• Sắp xếp toàn bộ vi khuẩn trong một lần đọc – trong thời gian thực
• Khám phá các sửa đổi biểu sinh bằng cách sử dụng trình tự ADN trực tiếp, đọc dài

Xem thêm: Tổng quan công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới

Công nghệ giải trình tự DNA Nanopore hoạt động thế nào?

Giải trình tự DNA Nanopore là một công nghệ độc đáo, có khả năng mở rộng, cho phép phân tích trực tiếp, theo thời gian thực các đoạn ADN hoặc ARN dài.

Công nghệ này hoạt động bằng cách theo dõi những thay đổi của dòng điện khi axit nucleic được truyền qua lỗ nano protein. Tín hiệu thu được được giải mã để cung cấp chuỗi ADN hoặc ARN cụ thể.

Thiết bị giải trình tự DNA Nanopore

Hiện có nhiều loại thiết bị giải trình tự DNA Nanopore, cung cấp năng suất cao và lượng mẫu có thể mở rộng để phù hợp với mọi yêu cầu — từ phân tích di động bằng Flongle và MinION cho đến giải trình tự để bàn linh hoạt, hiệu suất cao trên GridION và PromethION.

Gói khởi đầu MinION có giá chỉ từ 1.000 USD, cung cấp quyền truy cập chi phí thấp vào các lợi ích của trình tự ADN thời gian thực, đọc dài.

Thiết bị giải trình tự DNA Nanopore cơ bản

Thiết bị giải trình tự DNA Nanopore hiệu năng cao

Giải trình tự DNA Nanopore theo thời gian thực

Không giống như các nền tảng giải trình tự ADN truyền thống vốn cung cấp dữ liệu hàng loạt khi kết thúc quá trình giải trình tự, dữ liệu giải trình tự DNA nanopore được truyền trực tuyến theo thời gian thực – cho phép truy cập ngay vào kết quả.

Ưu điểm của truyền dữ liệu theo thời gian thực bao gồm truy cập nhanh vào thông tin quan trọng về thời gian (ví dụ: xác định mầm bệnh), tạo ra thông tin chi tiết về mẫu sớm và cơ sở dừng giải trình tự sau khi đạt được kết quả – cho phép rửa và tái sử dụng tế bào dòng chảy.

Tiến trình giải trình tự DNA Nanopore

Oxford Nanopore cung cấp các bộ dụng cụ chuẩn bị thư viện ADN được sắp xếp hợp lý, chỉ mất 10 phút để thực hiện và yêu cầu lượng mẫu đầu vào ở mức tối thiểu.

PCR và các bộ công cụ chuẩn bị thư viện trực tiếp, không có PCR có sẵn để phù hợp với các yêu cầu cụ thể về thời lượng đọc, tốc độ và phạm vi đọc của người dùng.

Việc trích xuất mẫu và chuẩn bị thư viện cũng có thể được tự động hóa bằng cách sử dụng VolTRAX, một thiết bị di động, hỗ trợ USB — tiết kiệm thời gian thực hiện và giảm thiểu khả năng xảy ra lỗi cho người dùng.

Bộ dụng cụ chuẩn bị thư viện DNA Nanopore

Thiết bị chuẩn bị thư viện DNA Nanopore tự động

Giải trình tự ADN trực tiếp

Cơ sở của công nghệ nanopore để phân tích ADN tự nhiên mà không cần khuếch đại, loại bỏ sai lệch PCR và cho phép xác định các sửa đổi bazơ cùng với trình tự nucleotide – không yêu cầu chuyển đổi hóa học tốn thời gian, khắc nghiệt và thường không hiệu quả (ví dụ: bisulfite chuyển đổi).

Phân tích dữ liệu giải trình tự DNA Nanopore

Truy cập ngay vào kết quả giải trình tự DNA Nanopore  bằng cách truyền dữ liệu theo thời gian thực.

Dữ liệu được cung cấp ở định dạng FASTQ và FAST5 tiêu chuẩn phù hợp để phân tích bằng nhiều công cụ hạ nguồn, bao gồm nền tảng EPI2ME, cho phép truy cập dễ dàng vào số lượng quy trình phân tích thời gian thực ngày càng tăng.

Quy trình công việc EPI2ME hiện tại bao gồm xác định và định lượng các loài vi sinh vật, lập hồ sơ kháng kháng sinh, phân tích biến thể cấu trúc của con người và căn chỉnh tham chiếu. 

Ứng dụng công nghệ giải trình tự DNA Nanopore

Công nghệ Nanopore có thể được áp dụng trên tất cả các kỹ thuật giải trình tự ADN:

• Giải trình tự toàn bộ bộ gen (Whole Genome Sequencing): Mô tả chính xác tất cả các biến thể gen và tạo ra các bộ gen hoàn chỉnh.
• Giải trình tự mục tiêu (Targeted Sequencing): Sắp xếp theo trình tự các vùng được nhắm mục tiêu dài và mở rộng các hạn chế của các phương pháp tiếp cận theo trình tự có mục tiêu truyền thống. Sử dụng các chiến lược không khuếch đại để duy trì các sửa đổi cơ sở.
• Giải trình tự Metagenomic (Metagenomic Sequencing): Xác định chính xác hơn vi khuẩn và sự đa dạng của quần thể vi sinh vật với kết quả theo thời gian thực.
• Nghiên cứu Di truyền biểu sinh (Epigenetics): Xác định các sửa đổi cơ sở cùng với trình tự ADN bằng cách sử dụng các phương pháp giải trình tự trực tiếp.

Ngoài ra, với các lĩnh vực nghiên cứu cụ thể, công nghệ giải trình tự DNA Nanopore có thể ứng dụng trong:

• Nghiên cứu virus học
• Nghiên cứu Di truyền y học ở người
• Nghiên cứu lâm sàng trong Y Sinh
• Nghiên cứu công nghệ gen Thực vật
• Nghiên cứu công nghệ gen Động vật

(*) Theo Oxford Nanopore Technologies