एनजीएस
नेक्स्ट जनरेशन सीक्वेंसिंग (एनजीएस) : शुरुआती के लिए एक विस्तृत गाइड
परिचय
नेक्स्ट जनरेशन सीक्वेंसिंग (एनजीएस), जिसे उच्च-थ्रूपुट सीक्वेंसिंग के रूप में भी जाना जाता है, डीएनए और आरएनए के न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों को निर्धारित करने के लिए आधुनिक तकनीकों का एक समूह है। यह तकनीक जीनोमिक्स, ट्रांसक्रिप्टोमिक्स, मेटाजेनोमिक्स, और एपिजनेटिक्स जैसे क्षेत्रों में क्रांति ला चुकी है। पारंपरिक सांगर सीक्वेंसिंग की तुलना में, एनजीएस बहुत तेजी से, कम लागत पर, और समानांतर तरीके से बड़ी मात्रा में डीएनए अनुक्रमित करने की क्षमता प्रदान करता है।
एनजीएस का इतिहास
डीएनए सीक्वेंसिंग का इतिहास 1977 में फ्रेडरिक सांगर द्वारा विकसित सांगर सीक्वेंसिंग विधि से शुरू हुआ। यह विधि प्रभावी थी, लेकिन धीमी और महंगी थी, जो बड़े पैमाने पर जीनोम अनुक्रमण को सीमित करती थी। 1990 के दशक के अंत और 2000 के दशक की शुरुआत में, कई नई तकनीकों का विकास हुआ, जिसने एनजीएस का मार्ग प्रशस्त किया।
- **1990 के दशक:** स्वचालित कैपिलरी इलेक्ट्रोफोरेसिस ने सांगर सीक्वेंसिंग की थ्रूपुट को बढ़ाया।
- **2005:** 454 लाइफ साइंसेज ने पहला वाणिज्यिक एनजीएस प्लेटफॉर्म लॉन्च किया, जो 'पायरोसीक्वेंसिंग' तकनीक पर आधारित था।
- **2006:** इलुमिना ने 'सीक्वेंसिंग बाई सिंथेसिस' तकनीक पेश की, जो एनजीएस में प्रमुख तकनीक बन गई।
- **2011:** ऑक्सफोर्ड नैनोपोर टेक्नोलॉजीज ने एक नए प्रकार की सीक्वेंसिंग तकनीक पेश की जो एकल अणु डीएनए की वास्तविक समय में सीक्वेंसिंग करती है।
एनजीएस की तकनीकें
कई अलग-अलग एनजीएस प्रौद्योगिकियां उपलब्ध हैं, प्रत्येक के अपने फायदे और नुकसान हैं। कुछ प्रमुख तकनीकों में शामिल हैं:
| तकनीक | सिद्धांत | थ्रूपुट | सटीकता | लागत | अनुप्रयोग | ||||||||||||||||||
| इलुमिना (सीक्वेंसिंग बाई सिंथेसिस) | डीएनए खंडों को एक ठोस सतह पर जोड़ा जाता है और फ्लोरोसेंट रूप से लेबल किए गए न्यूक्लियोटाइड को एक-एक करके जोड़ा जाता है। प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड के जुड़ने पर एक संकेत का पता लगाया जाता है। | उच्च | उच्च | मध्यम | संपूर्ण जीनोम सीक्वेंसिंग, ट्रांसक्रिप्टोमिक्स, चिप-सीक्यूएस | आयन टॉरेंट (पायरोसीक्वेंसिंग) | डीएनए पोलीमरेज़ डीएनए टेम्पलेट पर न्यूक्लियोटाइड जोड़ने पर पाइरोफॉस्फेट (पीपीआई) जारी करता है। पीपीआई का पता एक आयन सेंसर द्वारा लगाया जाता है। | मध्यम | मध्यम | कम | लक्षित सीक्वेंसिंग, मेटाजेनोमिक्स | ऑक्सफोर्ड नैनोपोर (सिंगल-मॉलिक्यूल सीक्वेंसिंग) | डीएनए अणु को एक नैनोपोर के माध्यम से धकेला जाता है। जैसे ही डीएनए गुजरता है, प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड एक अलग विद्युत संकेत उत्पन्न करता है। | बहुत उच्च | मध्यम | कम | संपूर्ण जीनोम सीक्वेंसिंग, आरएनए सीक्वेंसिंग, एपिजेनोमिक्स | पैसिफिक बायोसाइंसेज (सिंगल-मॉलिक्यूल सीक्वेंसिंग) | डीएनए पोलीमरेज़ एक नैनोस्ट्रक्चर में डीएनए टेम्पलेट पर न्यूक्लियोटाइड जोड़ता है। प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड के जुड़ने पर एक फ्लोरोसेंट संकेत का पता लगाया जाता है। | मध्यम | उच्च | उच्च | संपूर्ण जीनोम सीक्वेंसिंग, आइसोफॉर्म सीक्वेंसिंग |
एनजीएस की प्रक्रिया
एनजीएस प्रक्रिया में आम तौर पर निम्नलिखित चरण शामिल होते हैं:
1. **डीएनए/आरएनए निष्कर्षण:** नमूने से डीएनए या आरएनए निकाला जाता है। 2. **लाइब्रेरी प्रिपरेशन:** डीएनए या आरएनए को छोटे टुकड़ों में काटा जाता है, और अनुक्रम के लिए तैयार करने के लिए एडेप्टर जोड़े जाते हैं। 3. **एम्प्लीफिकेशन:** लाइब्रेरी के टुकड़ों को पीसीआर (पॉलीमरेज़ चेन रिएक्शन) का उपयोग करके बढ़ाया जाता है। 4. **सीक्वेंसिंग:** मशीन के आधार पर, विभिन्न तकनीकों का उपयोग करके डीएनए का अनुक्रमण किया जाता है। 5. **डेटा विश्लेषण:** उत्पन्न अनुक्रम डेटा का विश्लेषण किया जाता है ताकि सार्थक जानकारी प्राप्त की जा सके। बायोइन्फॉर्मेटिक्स इस प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
एनजीएस के अनुप्रयोग
एनजीएस के अनुप्रयोग बहुत व्यापक हैं और लगातार बढ़ रहे हैं। कुछ प्रमुख अनुप्रयोगों में शामिल हैं:
- **जीनोम अनुक्रमण:** किसी जीव के संपूर्ण जीनोम का अनुक्रमण। मानव जीनोम परियोजना इसका एक उत्कृष्ट उदाहरण है।
- **ट्रांसक्रिप्टोमिक्स:** आरएनए अनुक्रमों का अध्ययन करके जीन अभिव्यक्ति का विश्लेषण। आरएनए-सीक्यूएस (आरएनए सीक्वेंसिंग) इस क्षेत्र में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
- **मेटाजेनोमिक्स:** एक पर्यावरणीय नमूने में मौजूद सभी आनुवंशिक सामग्री का अध्ययन। यह माइक्रोबायोम अनुसंधान के लिए उपयोगी है।
- **एपिजनेटिक्स:** डीएनए में होने वाले रासायनिक संशोधनों का अध्ययन जो जीन अभिव्यक्ति को प्रभावित करते हैं। चिप-सीक्यूएस (क्रोमैटिन इम्यूनोप्रेसिपिटेशन सीक्वेंसिंग) का उपयोग एपिजेनेटिक संशोधनों की पहचान करने के लिए किया जाता है।
- **नैदानिक अनुप्रयोग:** आनुवंशिक रोगों का निदान, कैंसर का पता लगाना, और व्यक्तिगत चिकित्सा (पर्सनलाइज्ड मेडिसिन) विकसित करना। प्रीनेटल डायग्नोसिस में भी इसका उपयोग होता है।
- **कृषि:** फसलों और पशुओं में वांछनीय लक्षणों की पहचान करना और सुधार करना। मार्कर असिस्टेड सिलेक्शन के लिए एनजीएस का उपयोग किया जाता है।
- **विकासवादी जीव विज्ञान:** प्रजातियों के बीच विकासवादी संबंधों का अध्ययन करना। फाइलोजेनेटिक्स में एनजीएस डेटा महत्वपूर्ण है।
एनजीएस डेटा विश्लेषण
एनजीएस डेटा विश्लेषण एक जटिल प्रक्रिया है जिसमें कई चरण शामिल होते हैं।
1. **क्वालिटी कंट्रोल:** अनुक्रम डेटा की गुणवत्ता की जांच करना और खराब गुणवत्ता वाले रीड को हटाना। 2. **एलाइनमेंट:** रीड को एक संदर्भ जीनोम से जोड़ना। 3. **वेरिएंट कॉलिंग:** डीएनए में भिन्नताओं (जैसे, एकल न्यूक्लियोटाइड पॉलीमॉर्फिज्म (एसएनपी), इन्सर्टियन, डिलीशन) की पहचान करना। 4. **एनोटेशन:** पहचाने गए वेरिएंट और जीनों के कार्यों का निर्धारण करना। 5. **सांख्यिकीय विश्लेषण:** डेटा में महत्वपूर्ण पैटर्न और रुझानों की पहचान करना।
इस प्रक्रिया में बायोइन्फॉर्मेटिक्स उपकरणों और सॉफ्टवेयर का व्यापक उपयोग शामिल है, जैसे कि बीएएम, वीसीएफ, जीएटीके, और आर।
एनजीएस के लाभ और सीमाएं
एनजीएस के कई लाभ हैं, जिनमें शामिल हैं:
- **उच्च थ्रूपुट:** बड़ी मात्रा में डेटा उत्पन्न करने की क्षमता।
- **कम लागत:** पारंपरिक सीक्वेंसिंग विधियों की तुलना में कम लागत।
- **उच्च सटीकता:** उच्च गुणवत्ता वाला डेटा प्रदान करता है।
- **लचीलापन:** विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।
हालांकि, एनजीएस में कुछ सीमाएं भी हैं:
- **डेटा विश्लेषण की जटिलता:** डेटा विश्लेषण के लिए विशेष कौशल और उपकरणों की आवश्यकता होती है।
- **उच्च प्रारंभिक लागत:** एनजीएस उपकरण और लाइब्रेरी प्रिपरेशन किट महंगे हो सकते हैं।
- **त्रुटि दर:** कुछ तकनीकों में त्रुटि दर अधिक हो सकती है।
- **डेटा स्टोरेज:** बड़ी मात्रा में डेटा उत्पन्न होता है जिसके लिए महत्वपूर्ण स्टोरेज क्षमता की आवश्यकता होती है।
भविष्य की दिशाएं
एनजीएस तकनीक लगातार विकसित हो रही है। भविष्य में, हम निम्नलिखित रुझानों को देख सकते हैं:
- **लॉन्ग-रीड सीक्वेंसिंग:** ऑक्सफोर्ड नैनोपोर और पैसिफिक बायोसाइंसेज जैसी तकनीकों में सुधार, जो लंबे अनुक्रमों को उत्पन्न कर सकती हैं।
- **सिंगल-सेल सीक्वेंसिंग:** एकल कोशिकाओं के जीनोम का अनुक्रमण, जो सेलुलर विविधता को समझने में मदद करता है।
- **स्पेशियल सीक्वेंसिंग:** ऊतकों में जीन अभिव्यक्ति का स्थानिक वितरण निर्धारित करना।
- **क्लीनिकल एनजीएस:** नैदानिक अनुप्रयोगों में एनजीएस का व्यापक उपयोग।
- **मोबाइल एनजीएस:** पोर्टेबल एनजीएस उपकरणों का विकास जो फील्ड में उपयोग किए जा सकते हैं।
निष्कर्ष
नेक्स्ट जनरेशन सीक्वेंसिंग एक शक्तिशाली तकनीक है जिसने जीव विज्ञान और चिकित्सा के क्षेत्र में क्रांति ला दी है। यह तकनीक शोधकर्ताओं को जीनोम, ट्रांसक्रिप्टोम, और मेटाजेनोम का अध्ययन करने और आनुवंशिक रोगों के निदान और उपचार के लिए नए तरीके विकसित करने में मदद कर रही है। एनजीएस की बढ़ती क्षमता के साथ, हम भविष्य में और भी अधिक रोमांचक खोजों की उम्मीद कर सकते हैं।
अतिरिक्त संसाधन
डीएनए आरएनए जीनोमिक्स ट्रांसक्रिप्टोमिक्स मेटाजेनोमिक्स एपिजनेटिक्स सांगर सीक्वेंसिंग बायोइन्फॉर्मेटिक्स पीसीआर आरएनए-सीक्यूएस चिप-सीक्यूएस प्रीनेटल डायग्नोसिस मार्कर असिस्टेड सिलेक्शन फाइलोजेनेटिक्स बीएएम वीसीएफ जीएटीके आर मानव जीनोम परियोजना
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