Vergleich der Sequenzierungstechnologien: AVITI vs. NextSeq

DNA- und RNA-Sequenzierung sind wichtige Werkzeuge in der Biologie. Sie helfen Wissenschaftlern, mehr über lebende Organismen zu erfahren, indem sie sich deren genetisches Material genauer anschauen. In den letzten zwei Jahrzehnten wurden neue Technologien entwickelt, die eine schnellere und genauere Sequenzierung von DNA und RNA ermöglichen. Das hat zu einem besseren Verständnis der Gene vieler verschiedener Organismen geführt.

#Der Aufstieg der Short-Read-Sequenzierung

Die Short-Read-Sequenzierung wurde beliebt, weil sie schnell und effizient ist. Unter den verschiedenen Unternehmen, die diese Sequenzierungsplattformen herstellen, wurde Illumina am bekanntesten. Ihre beliebte NextSeq-Plattform wird weit verbreitet für Sequenzierungsanwendungen genutzt. In den letzten Jahren sind neue Unternehmen wie Singular Genomics, Ultima Genomics und MGI auf den Markt gekommen und bieten den Forschern mehr Auswahl.

#Ein neuer Player: Element Biosciences

Element Biosciences hat einen neuen Sequencer namens AVITI vorgestellt, der eine andere Technologie namens Avidity-Sequenzierung nutzt. Diese Methode basiert auf speziell entwickelten Nukleotid-Polymeren, die während des Sequenzierungsprozesses fest an DNA-Vorlagen binden. Diese starke Bindung hilft, die Anzahl der für die Sequenzierung benötigten Chemikalien zu reduzieren und verbessert die Genauigkeit der Ergebnisse.

#Studienziele

In dieser Studie wollten die Forscher die Leistung von Illuminas NextSeq 550 und Element Biosciences' AVITI vergleichen. Sie haben verschiedene Arten der Sequenzierung untersucht, darunter die vollständige Genomsequenzierung, RNA-Sequenzierung und Einzelzellsequenzierung. Das Ziel war es zu sehen, wie gut die beiden Plattformen in Bezug auf Sequenzierungsqualität und Genauigkeit abschneiden.

#Kapazität und Leistung der Sequenzierungsplattformen

Die AVITI-Plattform kann bis zu 1 Milliarde Polonies in einem einzigen Flusszell aufnehmen, was mehr als doppelt so viel ist wie die Kapazität der NextSeq 550. Diese Kapazität ermöglicht die Generierung einer grossen Anzahl von Sequenzierungsreads in einem einzigen Durchgang. Die Forscher nutzten die NextSeq 550 als Kontrollgruppe, um die Leistung der AVITI-Plattform zu bewerten.

#Qualitätssicherung durch Kontrollproben

Die Forscher führten mehrere Tests mit Kontrollproben durch, um die Sequenzierungsqualität beider Plattformen zu bewerten. Die Ergebnisse zeigten, dass die AVITI-Plattform eine bessere Short-Read-Sequenzierungsqualität im Vergleich zur Illumina NextSeq 550 erzeugte. Dies war besonders deutlich, als sie die Genauigkeit der erhaltenen Sequenzen analysierten.

#Sequenzierung des E. coli Genoms

Das Forschungsteam sequenzierte das Genom des E. coli-Bakteriums mit beiden Plattformen. Die AVITI generierte über 781 Millionen Reads, während die NextSeq 550 etwas über 392 Millionen Reads produzierte. Die Mehrheit der Reads von der AVITI-Plattform hatte eine sehr hohe Qualität, wobei die meisten über 40 Punkte erzielten, was auf eine sehr niedrige Fehlerquote hinweist. Im Gegensatz dazu erreichte die NextSeq 550 nicht ähnliche Qualitätsniveaus.

#Qualitätsanalyse der Sequenzierungsreads

Um die Qualitätsunterschiede weiter zu verstehen, untersuchten die Forscher die Sequenzierungswerte im Zeitverlauf, Zyklus für Zyklus. Die AVITI-Plattform hielt die hohen Qualitätswerte länger als die NextSeq 550, die frühzeitig einen Rückgang der Qualität verzeichnete. Die Gesamtresultate zeigten einen signifikanten Vorteil für die AVITI in Bezug auf die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Reads.

#Fehlerquoten zwischen den Plattformen

Als die Forscher die Fehlerquoten berechneten, fanden sie heraus, dass die AVITI-Plattform eine Fehlerquote von nur 0,032 % hatte, während die NextSeq 550 eine Fehlerquote von 0,37 % hatte. Das zeigt, dass die AVITI-Plattform nicht nur mehr Reads produziert, sondern dies auch mit einer viel geringeren Wahrscheinlichkeit von Fehlern tut. Diese Fehlerquoten sind entscheidend für die genaue Interpretation genetischer Daten.

#Transkriptom-Sequenzierung

Die Studie beschäftigte sich auch mit der Transkriptom-Sequenzierung unter Verwendung eines RNA-Standards. Die AVITI produzierte 54,9 Millionen Reads, verglichen mit nur 18,5 Millionen von der NextSeq 550. Beide Plattformen zeigten eine hervorragende Übereinstimmung mit bekannten RNA-Mengen, aber erneut war die Genauigkeit der AVITI deutlich höher, mit wesentlich mehr Reads, die hohe Qualitätswerte erreichten.

#Fehleranalyse in der Transkriptom-Sequenzierung

Die Forscher untersuchten auch die Fehlerquoten in den Transkriptomdaten. Die AVITI wies geringere Quoten für Basenaustausch- und Einfüge/Löschfehler im Vergleich zur NextSeq 550 auf. Das war wichtig, weil es die Konsistenz und Zuverlässigkeit der AVITI sowohl für RNA- als auch für DNA-Sequenzierungen zeigte.

#Long-Read RNA-Sequenzierung

Long-Read-RNA-Sequenzierung wird immer gängiger und ist wichtig, um verschiedene Formen von RNA zu erkennen, die von demselben Gen produziert werden. Die Forscher testeten die Fähigkeiten der AVITI-Plattform zur Erstellung von langen Reads. Sie fanden heraus, dass die AVITI in der Quantifizierung von Transkripten und der Beibehaltung der Genauigkeit ähnlich wie eine andere bekannte Plattform, die NovaSeq 6000, abschnitt.

#Einzelzell-Sequenzierungsanwendungen

Die Einzelzell-Sequenzierung ist nützlich, um einzelne Zellen zu untersuchen, besonders in der Krebsforschung. In dieser Studie bereiteten die Forscher cDNA-Proben von Leberkrebspatienten vor und sequenzierten sie auf beiden Plattformen. Die Anzahl der generierten Long-Read-Transkripte war zwischen der AVITI und der NovaSeq vergleichbar, was darauf hindeutet, dass beide Plattformen in der Lage sind, wertvolle Einblicke auf Einzelzellebene zu liefern.

#Ergebnisse zu Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs)

Die Forscher suchten auch nach Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) in den Long-Read-Daten. Sie entdeckten, dass die AVITI viele SNPs genau identifizieren konnte, die später mit anderen Sequenzierungsmethoden bestätigt wurden. Die Plattform produzierte weniger Fehler im Vergleich zur NovaSeq bei der Erkennung dieser genetischen Variationen, was für das Studium von Krebs-Mutationen entscheidend sein könnte.

#Die Bedeutung hochwertiger Sequenzierung

Hochwertige Sequenzierung ist entscheidend für eine genaue Datenanalyse. Niedrigere Fehlerquoten machen die Sequenzen nicht nur zuverlässiger, sondern reduzieren auch die Menge an Sequenzierung, die benötigt wird, um Mutationen zu erkennen. Das kann letztendlich die Kosten für die Sequenzierung senken und gleichzeitig die diagnostischen und therapeutischen Entscheidungen in der Onkologie verbessern.

#Fazit

Dieser Vergleich zwischen den Plattformen von Illumina und Element Biosciences zeigt, dass die AVITI-Plattform erhebliche Verbesserungen in Bezug auf Sequenzierungskapazität und Genauigkeit bietet. Sie stellt den Forschern ein leistungsstarkes Werkzeug zur Verfügung, das die Art und Weise, wie genetische Analysen durchgeführt werden, insbesondere in Bereichen wie der Krebsforschung, verändern könnte. Die niedrigeren Fehlerquoten und die höheren Qualitätsresultate der AVITI könnten sie zur bevorzugten Wahl für Wissenschaftler machen, die tiefere Einblicke in die genetischen Grundlagen lebender Organismen gewinnen wollen.

#Zukünftige Perspektiven

Da die Sequenzierungstechnologien weiterhin Fortschritte machen, könnten Plattformen wie AVITI den Weg für noch mehr Entdeckungen in der Biologie und Medizin ebnen. Kontinuierliche Verbesserungen in Genauigkeit, Geschwindigkeit und Kosteneffektivität sind entscheidend, damit Forscher die Geheimnisse von Genomen und Transkriptomen über viele verschiedene Arten hinweg entschlüsseln können. Verbesserte Sequenzierungsfähigkeiten könnten zu Durchbrüchen im Verständnis komplexer biologischer Prozesse und Krankheiten führen, was letztendlich der Gesundheitsversorgung und den Behandlungsstrategien zugutekommt.

#Detaillierte Methoden und Techniken

Die oben beschriebenen Sequenzierungsprozesse erfordern akribische Vorbereitungen und Methodologien. Für die vollständige Genomsequenzierung wurde ein PCR-freier Bibliotheksvorbereitungsansatz verwendet, um Verzerrungen während der Amplifikation zu vermeiden. Das Genom von E. coli wurde mit spezifischen Reagenzien und Methoden vorbereitet, um während der Sequenzierung hochqualitative Ergebnisse sicherzustellen.

Die Transkriptom-Sequenzierung beinhaltete die Vorbereitung von RNA-Proben mit spezialisierten Kits, um eine genaue Darstellung der Genexpression zu ermöglichen. Die Verfahren wurden nach strikten Richtlinien durchgeführt, um die Integrität der RNA-Moleküle zu gewährleisten und eine effiziente Sequenzierung zu sichern.

Die Long-Read-Sequenzierung nutzte einzigartige Techniken, um synthetische lange Reads zu erstellen. Diese Methode ermöglichte es den Forschern, die Vorteile von sowohl Short-Read- als auch Long-Read-Plattformen zu nutzen und Daten zu liefern, die sowohl zuverlässig als auch umfassend sind.

Durch solche rigorosen Methodologien stellten die Forscher sicher, dass die Vergleiche zwischen den AVITI- und NextSeq-Plattformen so genau wie möglich waren. Diese Aufmerksamkeit für Details unterstrich die Bedeutung hochwertiger Sequenzierung für das Verständnis der Genetik.

#Schlussbemerkungen

Die Fortschritte in der Sequenzierungstechnologie, die in dieser Studie hervorgehoben wurden, zeigen das Potenzial für verbesserte genetische Analysen. Da immer neuere Plattformen auf den Markt kommen, wird der anhaltende Wettbewerb wahrscheinlich zu besseren Werkzeugen für Forscher führen. Dies ist eine spannende Zeit im Bereich der Genomik, da Wissenschaftler bemüht sind, einige der dringlichsten Fragen über das Leben, die Gesundheit und Krankheiten zu beantworten.