次世代シーケンサー

次世代シーケンサーとは

次世代シーケンサーとは塩基配列を解読するための装置であり、Next-Generation Sequencingを略してNGSとも呼ばれます。 従来のシーケンサー(サンガー法、第一世代シーケンサー)と比べて、1回のシーケンスで大量の配列情報が得られることが特徴です。 一口に次世代シーケンサーと言っても、様々なシーケンサーが各社から販売されています。 代表的な企業としてIllumina、Pacific Biosciences(PacBio), Oxford Nanopore Technologies等が挙げられます。 次世代シーケンサーは大まかにIllumina等の第二世代シーケンサー、Pacific Biosciences(PacBio), Oxford Nanopore Technologies等の第三世代シーケンサーに分類できます。 第二世代シーケンサーは読み取れる塩基の配列長(リード長)は数百塩基程度と短いですが、比較的高い精度で大量の配列情報を読めることが特徴です。 第三世代シーケンサーはデータ量および精度の面で第二世代シーケンサーと比べて劣りますが、長いリードを取得できることが特徴です。

リード長 第二世代シーケンサー < 第三世代シーケンサー
データ量 第二世代シーケンサー > 第三世代シーケンサー
精度  第二世代シーケンサー > 第三世代シーケンサー

Illumina

第二世代シーケンサーに分類されるIlluminaシーケンサーは現在最も多くのシェアを獲得しているシーケンサーです。 iSeq, MiniSeq, MiSeq, NextSeq, HiSeq, HiSeq X, NovaSeq等、多くの製品が展開されており、それぞれ出力できるデータ量や適したアプリケーションが異なります。 Illuminaシーケンサーの特徴は、DNA断片を両端からシーケンスすることができることです。両端から読まれたシーケンスデータはペアエンドリードと呼ばれ、リード長は「2 × n bp」のように表現されます。

MiSeq NextSeq HiSeq NovaSeq
リード長 2 × 300 bp(最大) 2 × 150 bp(最大) 2 × 150 bp(最大) 2 × 150 bp(最大)
データ量 15 Gb 120 Gb 1500 Gb 6000 Gb
精度 99.9 % 99.9 % 99.9 %  99.9 %

参考: イルミナのシーケンスプラットフォーム

Pacific Biosciences

Pacific Biosiences社のシーケンサーは第三世代シーケンサーに分類されます。 1分子リアルタイム(SMRT)シーケンシングと呼ばれる技術により、DNA合成の様子を観測することで塩基配列を決定します。 PacBio RS II、Sequel Systemの2種類が普及していますが、Sequel Systemの方がより新しく、PacBio RS IIはすでに販売が終了しています。

PacBio RS II Sequel System
リード長 平均20 kb 平均20 kb
データ量 1 Gb 10 Gb
精度 86 %  86 %

参考: PACBIO SEQUELシステム

Oxford Nanopore Technologies

Oxford Nanopore Technologiesのシーケンサーは2014年に販売開始された比較的新しいシーケンサーで、第三世代シーケンサーに分類されます。 ナノポア(ナノスケールの穴)の中を核酸が通過する際の電流の変化を計測することで、塩基配列を同定します。 MinION、GridION、PromethION等の製品が展開されており、それぞれ出力できるデータ量が異なります。 MinIONは手のひらサイズのシーケンサーであり、ノートパソコンから電源を供給できるため、実験環境の整っていない場所でもシーケンスが可能です。 試薬の改良等により、リード長・データ量・精度の改善が見込まれます。

MinION GridION PromethION
リード長 最大数百 kb 最大数百 kb 最大数百 kb
データ量 10 Gb 100 Gb 3 Tb
精度 85 % 85 %  85 %

参考: Products

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