2세대 NGS (Next Generation Sequencing) - 일루미나, 써모피셔 원리

 

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NGS (Next Generation Sequencing)는 Sanger sequencing을 잇는 DNA 염기서열 분석법으로, 현재는 대부분 NGS를 주력으로 시퀀싱이 이루어진다.

NGS는 이름에 차세대라는 단어가 들어가지만 벌써 그 안에서 1세대, 2세대를 거쳐 3세대까지 나온 기술이다. 무조건 3세대가 좋은 것은 아니라서 2세대와 3세대가 상황에 따라 달리 쓰이고 있다. NGS를 이용한 시퀀싱은 돈을 아끼기 위해 사람 손으로 할 수 있는 실험이 아니므로 반드시 NGS 기계를 사용해야 한다. 그렇기 때문에 실험 기법을 고르듯 NGS 기계 생산업체를 골라 실험을 진행해야 한다. 2세대 NGS 기계로 대표적인 회사는 일루미나 (Illumina)와 써모 피셔 사이언티픽 (Thermo Fisher Scientific)이다.

 

* 본 글을 읽으면서 궁금해할 수 있는 용어들의 뜻을 간략히 정리해놓았다.

대략만이라도 읽는 게 이해에 도움이 될 수 있을 것 같아 링크를 걸어놓았다.

2021.09.28 - [Maximal Life] - NGS 관련 용어 뜻 정리

NGS 관련 용어 뜻 정리

 

 

일루미나 (Illumina)

 

일루미나(Illumina) 사의 기술은 DNA 가닥을 복제 혹은 합성하면서 염기서열을 분석하는 sequencing by synthesis 방식의 일종이다. 이 장비에서는 단편화된 샘플 DNA에 장비가 인식할 수 있는 어댑터(adapter) 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide)를 결합시킨 라이브러리를 유리판에 부착된 probe에 결합시키키고, 결합된 각 라이브러리를 증폭(bridge amplification)하여 각 DNA 단편에 대한 클러스터(cluster)를 만든다. 여기에 각기 다른 형광이 부착된 염기(dATP, dCTP, dTTP, dGTP)와 함께 DNA 중합효소(polymerase)를 넣어 주면 각 클러스터에는 라이브러리의 DNA의 염기서열에 상보적인 염기가 삽입되면서 각기 다른 형광을 방출하게 된다. 염기 하나가 삽입될 때마다 방출된 형광은 장비에 부착된 CCD 카메라로 사진을 찍고, 장비는 형광이 발생된 클러스터의 위치를 기억하고 있다가 각 클러스터의 형광 변화를 감지하여 클러스터의 염기서열을 기록한다.

출시된 장비로는 iSeq, MiniSeq, MiSeq, NextSeq, HiSeq, NovaSeq 등이 있으며 열거된 순서에 따라 출력(output)이 높아져 대량의 데이터를 생산할 수 있다.

 

출처: 식품의약품안전평가원

 

 

써모 피셔 사이언티픽 (Thermo Fisher Scientific)

 

써모피셔사이언티픽(Thermo Fisher Scientific) 사의 장비는 인수하기 전 처음 개발한 회사인 Ion Torrent 장비로 더 널리 알려져 있다. 이 장비는 라이브러리를 만든 후 이것을 미세한 비드(bead)에 붙여 증폭한다. 증폭된 라이브러리가 부착된 비드는 촘촘한 미세 구멍(well)에 하나씩 들어가도록 하고 각 구멍 밑에는 전류를 측정할 수 있는 반도체 칩 회로가 설계되어 있다. 각 구멍에 DNA 중합효소와 dATP, dCTP, dTTP 및 dGTP 염기를 순차적으로 넣어 주면 라이브러리 서열에 상보적인 염기가 결합하는 합성 과정에서 방출되는 수소 이온(H+)으로 인하여 pH가 낮아지는 것을 반도체칩의 센서가 탐지하고 분석하는 방식이다.

현재 출시된 장비로는 Ion Personal Genome Machine(PGM) 및 Ion S5 System 두 가지 종류가 있다.

 

출처: 식품의약품안전평가원

 

 

 

 

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