차세대 염기서열분석법 (NGS)

차세대 염기서열분석법 (NGS)

현재 차세대 염기서열분석법 기술이라고 지칭되는 NGS 기술은 자동화로는 제2세대 기술에 해당된다.

NGS는 이전의 첫 자동화 기기와 구분하고, 이후에 탄생한 Next NGS 기기 (제3세대 NGS라고도 불림)와 따로 구분하기 위하여 불리는 이름이다.

 

초기 자동화기기는 기술적인 진보에도 불구하고 여전히 개인의 유전체를 밝히는데 시간과 비용이 많이 들었다.

이에 따라 개인의 유전체를 저렴한 비용에 sequencing 할 수 있는 획기적인 기술의 개발이 절실하게 필요하였다.

차세대 염기서열 분석은 염기서열 데이터 생산량을 증가시키기 위해 염기서열 분석법을 대규모로 병렬화한 방법이다.

초 병렬 염기서열 분석 플랫폼들이 이용하는 화학적 원리와 이를 구현하기 위한 장비의 공학적 특성은 매우 다양하다.

​454 파이로시퀀싱(pyrosequencing)

DNA 중합반응 과정에서 발생된 피로인산염 (Pyrophosphate)을 측정.

피로인산염은 발광효소(Luciferase) 반응을 통한 생체발광 (Luminescence)을 이용.

일루미나 서열분석법 (Illumina sequencing)

뉴클레오타이드에 가역적 정지 형광 염료를 붙여서 뉴클레오타이드 중합반응, 형광 이미징, 가역적 정지 형광 염료 제거의 순서를 반복함으로써 DNA 중합반응을 거치면서 염기서열 분석.

네 가지 광학적 특성이 다른 형광 염료를 네 가지 뉴클레오타이드에 붙여서, 한 단계에 네 가지 뉴클레오타이드를 동시에 넣어 중합반응을 진행.

SOLiD 염기서열분석법

리가아제 (DNA 분자 결합 효소)를 이용한 DNA 분자결합 반응을 분석(Sequencing by ligation).

이온 토렌트 반도체 염기서열분석법 (Ion Torrent semiconductor sequencing)

DNA 중합반응이 일어나는 동안 발생하는 수소이온을 전기적으로 검출하여 염기서열을 분석.

Heliscope 염기서열분석법

형광 기반 단일분자 염기서열 분석 기술로 개발됨.

먼저 DNA 절편에 다중 A 꼬리(poly-A tail)를 결합시켜 이를 이용해 플로우셀 표면에 DNA 분자를 부착시킨다. 한 가지 종류의 형광 뉴클레오타이드만 주어진 상태에서 중합반응을 진행하여 염기서열을 분석한다.

PacBio SMRT 염기서열분석법(single molecule real time sequencing)

일루미나 염기서열 분석 기술과 마찬가지로 합성기반 염기서열 분석 방식. 큰 차이점은 단일분자를 분석하며, 실시간의 연속적 중합반응을 통해 염기서열 분석을 구현한다는 점.

나노포어 서열분석법(nanopore sequencing)

나노 구멍으로 미세한 전류가 흐르고 있는데, DNA 분자가 들어와 구멍의 상당 부분을 막아 버리면 흐르는 전류를 방해하게 된다.

이때 전류의 흐름을 방해하는 정도는 DNA 분자의 구조에 따라 달라지는데, DNA 분자 구조는 염기서열에 따라 결정되므로 결국 전류를 측정하여 염기서열을 유추할 수 있다.