Canlı organizmaların genetik mavi baskısını okumak için yeteneği biyolojik bir araştırma haline geldi, ancak onlarca yıldır bu güç pahalı, oda büyüklüğüne sahip laboratuar binaları içine alan cihazlarla kilitlendi. Bugün, uzaktan yağmur ormanlarından gelen bir cihaz, ya da salgın bölgelerin DNA'yı gerçek zamanlı olarak ele geçirebilmeli, bilim insanları, bu alandaki soruları cevaplamaya ve gelecekteki bu tür bir araştırmaların ardındaki taşınabilir genomik sequencing cihazlarının geliştirilmesi, bu temelleri keşfedecek.
Portre Genomal Genomal Sequencing
Portreatif genomik sequencing, geleneksel bir laboratuvar ortamından dışında DNA veya RNA sequencing gerçekleştirme yeteneğine atıfta bulunur, genellikle batarya destekli, kompakt cihazlar kullanarak. Konsept tamamen yeni değildir - bir nano-demik olmayan PCR makineleri var - ancak daha eski sequencing yöntemlerinin tamamını sıralayabilme yeteneği, nanopore sequencingin ticarileştirilmesi ile gelir.
Portrecular, araştırmacıların gerçek zamanlı genomik bilgileri elde etmelerini sağlar, her şeyi biyolojik çeşitlilik anketlerinde bir virüsün bir salgın sırasındaki gelişimini takip etmek için hızlandırır.Bu cihazların en iyi bilinen cihazı, Oxford Nanopore Technologies'den MinION'dan gelen MinION, düşük kaynak ortamlardaki laboratuvarlara erişimi daha az tutar ve daha önce merkezi tesislere güvenen bilim insanları için merkezi tesislere güvenen bilim insanları için altyapıya güvenen bir teknoloji.
Key Technological Underpinnings
Nanopore Sequencing
En taşınabilir dizinlerin kalbinde nanopore teknolojisidir. Bir protein nanopore, sentetik bir membranda gömülüdür ve tek bir iyonik mevcut olan DNA molekülü, her nükleotit (veya kilota grubu) çok uzun DNA parçaları üzerinden geçer, doğrudan birçok uygulama için doğrultma yapmadan sıralanır ve bu kesintiler alandaki hataların sıralanmasıyla birlikte, bu yaklaşım, alan kullanımı için çeşitli avantajları sunar.
Alan Hazırlıkları Alanda
Alan ayrımı için en büyük engellerden biri örnek hazırlıktır. Geleneksel kütüphane hazırlığı birden çok adım içerir: DNA ekstraksiyonu, parçalama, son onarım, adaptör ligasyon ve saflaştırma - Bento Lab veya Promegalisyon gibi taşınabilir cihazlar gerektiren araştırmacılar, alan dostu protokollerinde bile farklı bir şekilde entegre edilmiş olan, alan içi yatay yüklemeler için en az ekipmanla hazırlıkları azaltabilecek şekilde kodlanabilirler.
Basecalling ve Real-Time Analysis
Nanopore dizirleri tarafından üretilen elektrik sinyalleri temel çağrılara dönüştürülmelidir - daha önce cihazlar bulut tabanlı veya masaüstü yazılımına dayanıyordu, ancak modern portatif akışlar, bir dizüstü bilgisayarda veya hatta sequencing cihazında gömülü GPU'ları kullanarak, genetik olarak reddedilen bölgelerin özel olarak zenginleştirilmesine izin veriyor.
Portreatif Genomal Sequencing
Laboratuvarda sadece işlenebilir cihazlara yönelik gezi, araştırmacılar tarafından hem teknolojik ilerlemeyi ve yaratıcı problem çözmeyi gösteren birkaç önemli dönüm noktası tarafından işaretlenmiştir.
MinION Early Access Programı (2014)
2014 yılında Oxford Nanopore, MinION Access Programı (MAP) tarafından başlatılmıştır ve ilk sonuçlar küresel bir araştırmacı topluluğu tarafından karıştırılır - cihazın Batı Afrika'da Ebola virüsü gözetimi için kullanılması ve bu erken dağıtımların sınırlı altyapı ile zor ortamlarda çalışabilmesi gerekiyordu. 2015 yılında, ekipler MinION'da ilk bakteri genomunu tamamen sıraladılar ve 2016 yılına kadar cihaz Ebola virüsü gözetimi için kullanıldı.
Gerçek Zaman Ebola ve Zika Şaşırtıcı
2014-2016 Batı Afrika'da Ebola salgını sırasında, Oxford Nanopore, Avrupa Mobil Laboratuvarı ve Infectious Diseases için Afrika Mükemmeliyet Merkezi, MinION dizirs'ı gerçek zamanlı olarak viral genomlar üretmek için kullandı. Örnekler, klinik örneklerden doğrudan RNA'ya taşındı ve bu hızlı dönüşçüler, genomik yaklaşımlara yönelik olarak yeni mutasyonları tespit edebildi.
Antarktika ve Derin-Deniz Sequencing
Hareketli dizinlerin sağlamlığı, Dünya'nın en aşırı ortamlarda test edilmiştir. 2019 yılında, British Antarktika Araştırma setinin önderliğindeki bir ekip, uzaktan işletilen bir araç (ROV) kullanarak, derin deniz organizmalarını kullanarak, araştırma istasyonuyla ilgili bir DNA'yı kullanarak, alt-zero sıcaklıklarında çalıştırılan cihaz, sadece küçük değişikliklerle (konferik bir kutunun içinde ısıtılmış ve sıra dışı bir şekilde) kanıtladı.
SARS-CoV-2 Pandemik: Bir Mass Kabul Catalyst
BTC-19 salgın, birçok ülkede gerçek zamanlı viral gözetim için seçim araçları haline geldi. ARTS-CoV-2 genomunu kullanarak, dünya çapındaki laboratuarlar tarafından kabul edilen nanopore teknolojisini kullanarak, kamu sağlığı ajanslarını takip etmek için bir protokol geliştirdi ve bu sayede yüksek seviyeli verileri kullanarak gelişmiştir.
Ekolojik ve Koruma Alanı Araştırması Üzerine Etkisi
Çevre DNA (eDNA) ile biyoçeşitlilik Değerlendirmesi
Hareketli sequencing'in en umut verici uygulamaları, COI veya 12S Portatiflerin analizidir, araştırmacıların doğrudan alana doğru atmasına izin verir. Örneğin, uzaktan bir akışta su tasarrufu ve bir bilgisayar sistemi kullanarak, DNA'yı çalıştırın (örneğin COI veya 12S Portreatif bir şekilde) bir MinION'da metabarkoding işlemine izin verir.
Yaban Hayatı Adlileri ve Poaching Tespiti
Portreatif genomik sequencing, yaşam boyu adliyelerde giderek artan şekilde kullanılıyor ve analizin gerçek zamanlı doğası, hukuksal yaşam ticaretini mümkün kılar - örneğin, nöbetçilere dayanan devriyeleri yönlendirebilir. 2020 yılında, Life Data System (BOLD) bütünleşik MinION bazlı, hızlı kimlik için tümleşik MinION bazlı iş akışları da arazide belirlenen protokollerin yasal olarak belirlenmesine olanak sağlar.
Takip Coral Reef Health
Coral resifleri iklim değişikliği, okyanus asitleşmesi ve kirliliği tehdit altındadır. Araştırmacılar büyük bir bariyerde bir tekne kullanıyor, koleksiyondaki mercan örneklerini tam olarak takip ediyor.Onlar, beyazlaşma olayları ile ilişkili bakteri topluluklarında tespit ettiler ve potansiyel erken uyarı işaretleri tespit ettiler.Bu tür gerçek zamanlı izleme, yöneticilere müdahale etmek için bir teknede bir mobil laboratuvarda (örneğin, akvaryumun tüm örtücüleri ve genişleyen) meydana getirebilirler.
Infectious Disease Outbreak Management
Site Pathogen Tanımlama ve Genom Epidemiyoloji
Hastalık salgınları sırasında, hız kritik. Portrea dizirleri, bazı durumlarda Lassa virüsünün varlığını tespit etmek için bir MinION kullandı ve bu nedenle, diğer hemorhakırık ateşler içinde bir hasta örneğinden karar verdi. Örneğin, 2018'de Lassa'daki tüm genomu Nijerya'da ithal eden, uyuşturucu direncinin ortaya çıkmasını ve gelişime yol açan bir kanoyu tespit etme yeteneğine yardımcı oldu.
Antimikrobiyal Direnç Şaşırtıcı
Antimikrobiyal direnç (AMR) küresel bir sağlık krizidir ve CARD veya Resmen gibi veritabanına karşı direnç tespiti önemlidir.Canal sequencing, düşük kaynaklı hastanelerde AMR taramasının düşük kaynaklı hastanelerde, çiftliklerde ve hatta atık sularını tanımlamak için. Araştırmacılar bakteri izole edebilir veya metagenomi DNA'yı klinik veya çevresel örneklerden ayırabilir ve bulguların tespit edilmesi, Tayland'da bu tür bir etkide bulunabilir.
Atıksu-küyü Epidemiyoloji
SARS-CoV-2 için atıksu gözetimi, Kampala'daki atık sulardan gelen önemli bir kamu sağlığı aracı haline geldi, aynı yaklaşımın polio, grip ve AMR gözetimi için uyarlanması mümkün oldu. 2021 yılında Uganda'daki araştırmacılar, Ayala'daki atık sulardan gelen a MinION-2 parçalarını sipariş etti, yerel olarak bildirilen-19 yanıtını kullanarak verileri üreterek.
Meydanlar ve Sınırlar
Dikkat çekici ilerlemeye rağmen, portatif genomik sequencing yaygın, güvenilir alan dağıtım için ele alınması gereken önemli zorluklar olmadan değildir.
Battery Life and Power Supply
Sequencing hem cihaz hem de bağlantılı bilgisayar için sürekli bir güç gerektirir (Mk1C gibi entegre modeller kullanarak), güç yönetimi, düşük güç bilişiminde mevcut olabilir. Güneş panelleri ve taşınabilir güç bankaları yardımcı olabilirken, gerçek zamanlı bazcalling çipleri, operasyonel bir serbestliğe söz verebilir.
Data Storage ve Connectivity
Portreye dizinleri, sınırlı depolama ile ilgili bu verileri çok sayıda hammadde üretiyor. Tipik bir MinION koşmak, on gigabayt elektrik sinyal dosyalarının (Fast5 veya POD5 formatında) onlarca gigabaytını üretiyor. Storing, transfer etmek ve bu verileri sınırlı depolama ile analiz etmek, alan içinde, internet bağlantılarının çoğu zaman zayıf veya mevcut olmayan, bulut tabanlı analizleri önlemek için gerekli olan bilgisayar destekli bir çözüm anlamına geliyor.
Örnek Dürüstlük ve Çevre Koşulları
Alan örnekleri genellikle karıştırılır, düşük maliyetli, veya ısı, nem veya kimyasal maruz kalma nedeniyle bozuluyor. Portreli dizin kendisi toz, nefse, vibrasyon ve sıcaklık aşırılıkları, MinION ve Flongle makul derecede sağlam olsa da, ilişkili elektronik (kesinlikle, güç malzemeleri) daha kırılgandır. Özelleşmiş durumlar ve alan destekli bilgisayarlar mevcut değildir, ancak maliyet ve ağırlıkları ekleyin.
Doğru ve
Nanopore sequencing, doğrulukta büyük adımlar atmıştır, ancak portatif kullanım için konsensiyonel kullanım için konsensül doğruluk oranı yüksek olsa da, özellikle de tek çekirdekli bölgelerde sistematik olma eğilimindedir.Seksler için düşük frekanslı mutasyonlar tespit etmek veya klinik ortamlarda arama yapmak gibi uygulamalar için, geçerli eklenmeler için geçerli olabilir.In applications thating single-nüklezonidasyonlar için genellikle yüksek çözünürlükte sınırlı değildir.
Eğitim ve Uzmanlık
Hareketli sequencing geleneksel laboratuvar ayrımından daha erişilebilir olsa da, hala önemli uzmanlık gerektirir. Alan araştırmacılar DNA Ekstraksiyonunu, kütüphane hazırlığını, akış cep yüklemesini, temel hatırlamayı ve biyoinformatik analizlerini sürdürmeli, ancak öğrenme eğrisi diktir ve birçok proje, az sayıda eğitimli bireye güvenecektir.Komşruşma cihazlarının geliştirilmesi (örneğin, otomatik olarak optimize edilen cihazlar ve bulut oyuna yönelik "uygun" yaklaşımı devam etmektedir.
Future Yol ve İnovasyonlar
Hareketli genomik sequencing alanı hızla gelişiyor ve birkaç heyecan verici gelişme mevcut sınırlamaları ele almak ve uygulamaları genişletmek için söz konusu ufukta.
Gerçek Zaman Analizi için Yapay Zekanın Entegrasyonu
Yapay zeka (AI) ve makine öğrenimi temel algoritmaları ve alt akım analizine entegre edilmiştir. Örneğin, Guppy bazcaller (şimdi Bonito) arkasındaki araştırma grubu, yüksek doğruluk ve hız için tekrarlanabilir 12 bakteri ailelerini bir araya getiriyor. Gelecekte, AI, takip eden birkaç dakika içinde, web sitesi kimlikleri ve hatta işlevsel olmayan bir site araştırmacısının bir toprak örneği çalıştırıp "tateced 12 bakteri aile" raporunu satın alabilir.
Geliştirilmiş Device Robustness ve Autonomy
Üreticiler, tam olarak entegre, kendi kendine özgü sequencing cihazlar üzerinde çalışıyor, akış hücresini birleştiren, sıvıları, güç kaynağı ve tek bir sağlam ünitede mikrofluidics kullanan cihazlar. Oxford Nanopore's MinION Mk1C zaten bir bilgisayar entegre ediyor, ancak sert ortamlar için tasarlanmış cihazlar, sağlam-devlet depolama ve uydu verileri. Bazı startuplar mikrofloresanları otomatize etmek için mümkün olan yerler keşfedebilirler.
Tarım ve Gıda Güvenliğindeki Uygulamaları genişletdi
Portrecular, tarım arazi denemeleri için standart araçlar haline gelecek, yetiştiricilerin gidip, gole genomik seçimi yapabilmelerine izin verecekler. Çiftçiler toprak mikrobiyomlarını gübre kullanımını optimize etmek, bitki patojenlerini erken tespit etmek ve gıda tedarik zincirinde kirlenmek için, örneğin, ürün üretmeden önce bir portatif dizir.Salmonella) veya bioritme:2E. coli) güçlü bir sistem için yazılım veya üretim sistemi ile bir araya getirme yeteneği.
Koruma Genomları ve Biobanking
Biyolojik kayıp hızlar ilerledikçe, genomikler, biyobanka dayalı olmayan örnekleme ve gerçek zamanlı genetik izlemeye daha fazla güvenmektedir. Portreatif sequencing, sahadan önce "genetik kuponlar" yaratılmasını destekleyebilir, yanlış türlerin tanımlanmasını ve popülasyon genetiğinin taşınmasını sağlar. Önümüzdeki on yıl boyunca yasal olmayan bir eylem kapsamında, ulaşılabilen on yıl boyunca temel bir şekilde koruma sağlar.
Gerçekten Evrensel, Low-Cost Platformuna Doğru
Mobilalerjik genomik sequencing nihai hedefi, sadece akış hücresi (albeit ile daha düşük bir bağlantı) olarak yaygınlaştırmak ve şirket, alt 300 $ cihazı için sürekli olarak azaltımı gerektirir - doğrudan Genomlar gibi (yalnızca tek dozda) ve Qnome-duygun analizleri ile birlikte -ve diğer yandan da, tek bir proteinin sabitleme sistemlerinin farklılaştırılmasını gerektirir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Mobilal genomik sequencing cihazlarının gelişimi temel olarak alan araştırmalarında mümkün olan şeyi değiştirdi. Batı Afrika'daki Ebola'yı takip etmek için Antarktika balıklarının mikrobiyomunu temizlemek, bu kompakt aletlerin artık bir tuğla ve-mortar laboratuvarı gerektirdiğini kanıtlamıştır - daha hızlı sonuçlar, daha düşük maliyet, erişilebilirlik ve tüm engellerin üstesinden gelmek için dünya çapındaki engellerin düşmesine yardımcı olacaktır.
[FONT=0) Daha fazla okuma için Oxford Nanopore Teknoloji web sitesini ziyaret edin ([DÜDÜDÜDÜDÜDÜ:2))[FLT: 8 )[DÜye Olmayanlar ([DÜye Olmayanlar)[DÜye Olmayanlar ([DÜyeler)[Üye Olmayanlar)[Üye Olmayanlar)[Üye Olmayanlar)[Üye Olmayanlar)[Üye Olmayanlar ([Üye Olmayanlar)