Sistema NGS

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Sobre sistema NGS

Tipos de sistemas NGS

O principal objetivo de um sistema ngs é sequenciar o genoma inteiro a baixo custo e com um tempo de resposta rápido. Existem diferentes tipos de sistemas de sequenciamento de próxima geração com recursos específicos. Eles geralmente são baseados em princípios diferentes.

  • Sequenciamento por síntese (SBS):

    SBS é uma tecnologia NGS amplamente utilizada em vários sequenciadores, como sistemas Illumina. Envolve a incorporação de nucleotídeos marcados com fluorescência pela DNA polimerase durante a síntese de uma fita complementar. A sequência específica dos sinais de fluorescência emitidos é capturada e traduzida em sequências de DNA.

  • Sequenciamento por semicondutor Ion Torrent:

    Esta tecnologia mede as mudanças no pH causadas pela liberação de íons de hidrogênio durante a amplificação do DNA. Utiliza um chip de semicondutor para detectar diretamente os nucleotídeos incorporados, resultando na codificação digital da sequência de DNA.

  • Sequenciamento por ligação:

    É o processo de identificar sequências curtas de DNA detectando os sinais fluorescentes gerados durante a ligação de sondas de oligonucleotídeos ao DNA alvo. Os eventos de ligação são registrados para determinar a sequência de DNA.

  • Sequenciamento em tempo real de molécula única (SMRT):

    O sequenciamento SMRT é uma tecnologia desenvolvida pela Pacific Biosciences (PacBio) que permite a observação em tempo real da síntese de DNA por uma única molécula de DNA polimerase. Permite a leitura de fragmentos longos de DNA e fornece informações sobre a sequência de DNA em tempo real.

Especificações e manutenção de sistemas NGS

O NGS possui vários componentes vitais, cada um com diferentes especificações. Aqui estão algumas especificações típicas.

  • Química de sequenciamento: As máquinas NGS geralmente têm uma química de sequenciamento especial para identificação de bases. Por exemplo, a Illumina utiliza o sequenciamento por síntese com terminador reversível (SBS) como sua química. Funciona com nucleotídeos marcados com fluorescência.
  • Comprimento de leitura: A forma como o NGS funciona, os fragmentos de DNA que ele lê terão comprimentos variados. Mas geralmente, os fragmentos cairão entre 50 e 300 pares de bases. Por exemplo, os instrumentos Illumina possuem diferentes configurações que podem gerar comprimentos de leitura de 75 a 300 bases.
  • Produção: O volume de dados de sequenciamento que o NGS pode gerar em um determinado tempo dependerá de seu modelo. A saída de dados final é geralmente em gigabases (Gb). Para a Illumina, o modelo de sequenciador MiSeq pode gerar até 15 Gb de dados em uma corrida de 24 horas, enquanto o NovaSeq 6000 pode gerar até 6.000 Gb em aproximadamente dois dias.
  • Precisão: A precisão de um sistema NGS na leitura de sequências de bases de DNA pode variar com seu modelo. A máquina pode ter precisão de um par de bases único ou um nível mais fino de uma base errônea para cada milhão de bases verdadeiras. Por exemplo, os sistemas Ion Torrent têm uma precisão de até 99,9%.
  • Formato de arquivo: Os sistemas NGS têm um determinado formato de arquivo que produzem para facilitar o armazenamento, análise e compartilhamento de dados. Por exemplo, um sistema NGS Illumina produzirá dados no formato BCL. O BCL significa Binary Base Call. Os dados serão convertidos posteriormente para arquivos FASTQ para armazenamento e análise.

Manutenção

O cuidado adequado e a manutenção rotineira podem garantir que as máquinas de sequenciamento de próxima geração continuem a operar com alta produção e precisão. Aqui está um cronograma geral de manutenção rotineira de um NGS:

  • Diariamente: Verifique as condições ambientais para garantir que elas suportem operações estáveis. A temperatura ambiente e os níveis de umidade devem estar dentro das faixas especificadas para desempenho ideal. Os parâmetros ficam entre 20–25 °C e 40–60% RH, respectivamente. Além disso, inspecione os consumíveis críticos, como a célula de fluxo e os kits de reagentes. Certifique-se de que não haja sinais de contaminação ou danos. Siga rigorosamente os procedimentos de manuseio dos fabricantes. Limpe a superfície de trabalho ao redor do NGS, mas evite materiais de limpeza que contenham compostos orgânicos voláteis (VOCs).
  • Semanalmente: Ao final de cada semana, o usuário pode realizar uma verificação de integridade do sistema. Eles podem executar um teste padrão para garantir que todos os subsistemas estejam funcionando de forma otimizada. Os resultados podem mostrar se há necessidade de manutenção antecipada.
  • Mensalmente: O usuário da máquina pode calibrar os componentes críticos do NGS, como sistemas fluídicos e sistemas ópticos. Eles também podem substituir os componentes críticos do NGS que interagem com elementos ambientais, como os filtros de ar. Isso evita a contaminação de reagentes e amostras.)
  • Trimestralmente: O usuário do NGS deve realizar uma limpeza profunda do sequenciador pelo menos a cada três meses. Eles podem usar kits de limpeza fornecidos pelo fornecedor do NGS. Parte do processo de limpeza envolve a execução de soluções de lavagem por meio do sistema fluídico para remover qualquer resíduo ou contaminante.
  • Anualmente: Os usuários podem considerar a execução de uma avaliação de desempenho. A avaliação pode ajudar o revendedor ou fabricante a avaliar a precisão e precisão da máquina. Se necessário, eles podem substituir os componentes da máquina por peças novas e recomendadas.

Aplicações e cenários para sistemas NGS

Como discutimos anteriormente, o objetivo de um sistema NGS é realizar o sequenciamento. Existem vários campos e setores onde eles podem ser utilizados com grande eficácia.

  • Genômica: Nos últimos anos, o estudo de genomas tornou-se uma ciência por si só. Há um esforço crescente para realizar estudos populacionais para ver como a constituição genética de certas populações pode influenciar seus traços. Além disso, há esforços para entender a ancestralidade humana, estudos evolutivos e estudos funcionais de genomas. Todos esses esforços exigem um sistema NGS forte pelo qual os pesquisadores podem fazer sequências dos genomas que estão estudando.
  • Diagnóstica Clínica: O sequenciamento de genes é fundamental para a compreensão de várias doenças, especialmente as genéticas. Utilizando um sistema NGS, os clínicos podem verificar qual parte da constituição genética de uma pessoa está causando uma doença. Não só isso, mas pode ser usado para adaptar medicamentos e tratamentos específicos com base na constituição genética de uma pessoa. Isso é chamado de medicina de precisão e está se tornando mais popular a cada dia.
  • Oncologia: O câncer é uma doença que se tornou generalizada e os pesquisadores estão tentando encontrar maneiras de entender como ela funciona. Alterações no genoma são a principal causa do câncer. Sistemas NGS podem ser usados para estudar essas alterações genômicas, ajudando-nos a entender melhor o câncer. Isso, por sua vez, auxilia na identificação de alvos para terapias contra o câncer e até sugere maneiras de prevenir a doença em certos indivíduos.
  • Análise do Microbioma: O corpo humano abriga uma multidão de bactérias - algumas benéficas e outras potencialmente nocivas. O conjunto de bactérias que vivem no intestino de uma pessoa, por exemplo, é chamado de microbiota. O estudo do microbioma pode fornecer pistas úteis sobre a saúde de um indivíduo, resistência a doenças e até respostas a medicamentos. Usando sistemas NGS, os pesquisadores podem identificar e catalogar as diferentes espécies de bactérias presentes em uma amostra individual. Isso enriquece nossa compreensão da saúde humana e das doenças.
  • Segurança Alimentar e Forense: No infeliz caso de um surto de doença transmitida por alimentos, um sistema NGS pode ser usado para iniciar as investigações de rastreamento para determinar a fonte de contaminação e a forma como ela surgiu. Se uma pessoa está infectada com um organismo sequenciado geneticamente, o sistema NGS pode ajudar a entender a cepa do organismo e sua suscetibilidade a certos medicamentos. Isso ajudará ainda mais na resposta rápida à contaminação, de modo que o público possa estar bem protegido. Investigações criminais também podem utilizar o sistema NGS. Se houver amostras biológicas coletadas de uma cena de crime, elas podem ser sequenciadas geneticamente. Isso pode ajudar a estabelecer conexões entre a vítima do crime e o perpetrador.

Como escolher o sistema NGS

Ao escolher o sistema de sequenciamento de próxima geração (NGS), fatores como a profundidade de cobertura do genoma, os comprimentos de leitura, a produção, a precisão e outras especificações do sistema devem ser considerados. Além disso, a aplicação desejada do sistema em áreas específicas de pesquisa é essencial para levar em consideração ao determinar quais recursos são mais importantes para o estudo de um negócio. Um exame minucioso do fluxo de trabalho de preparação de amostras e análise de dados também deve ser analisado, pois essas duas etapas ditarão o sistema necessário para um processo suave e eficiente.

Outro aspecto crucial a ser investigado é o potencial de escalabilidade do sistema para se adaptar e acomodar necessidades futuras. A integração do instrumento com outros sistemas de laboratório para manter um fluxo de trabalho eficiente e simplificado é outro recurso importante a ser considerado, juntamente com a facilidade de uso, automação e capacidade de amostra da plataforma.

Por fim, embora o custo e o orçamento de um sistema NGS determinarão em última análise se suas especificações correspondem aos seus requisitos, é útil considerar o suporte técnico e a experiência fornecidos pelo fornecedor que fornece o sistema para garantir que os clientes sejam auxiliados o tempo todo.

Perguntas e respostas do sistema NGS

P1. Qual o impacto do NGS na medicina personalizada?

A1. A medicina personalizada adapta os cuidados de saúde com base na genética individual. O NGS permite isso sequenciando o genoma de um paciente de forma rápida e acessível. Isso revela variações genéticas únicas que influenciam o risco de doenças, a resposta a medicamentos e a seleção de tratamentos. O perfil genômico impulsionado pelo NGS auxilia no desenvolvimento de medicamentos e oferece terapias direcionadas e tratamentos de precisão relacionados a mutações genéticas específicas.

P2. Quais são as três etapas principais do processo NGS?

A2. As três etapas principais do sistema NGS são a preparação da amostra, o sequenciamento e a análise de dados. Na preparação da amostra, o DNA/RNA é fragmentado, marcado e amplificado. Em seguida, milhões de fragmentos são lidos em paralelo durante o sequenciamento. Por fim, ferramentas de bioinformática analisam os dados vastos, montando as sequências e extraindo insights biológicos.

P3. Como os sistemas NGS se comparam ao sequenciamento tradicional de Sanger?

A3. O sequenciamento de próxima geração (NGS) difere fundamentalmente do sequenciamento de Sanger. Enquanto o Sanger sequencia um fragmento de DNA por vez, o NGS paralelamente lê milhões de fragmentos, aumentando a produção e a velocidade. O NGS também sequencia genomas inteiros ou regiões direcionadas de forma abrangente, enquanto o Sanger é limitado a escalas menores. Além disso, os sistemas NGS são mais econômicos para gerar grandes quantidades de dados de sequência em comparação com o método Sanger mais antigo.

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