Next Generation Sequencing (NGS)
Introdução
Next Generation Sequencing (NGS) refere-se a um conjunto de tecnologias de sequenciamento de DNA capazes de sequenciar milhões ou bilhões de fragmentos simultaneamente.
Essas tecnologias revolucionaram a biologia molecular e permitiram o surgimento da bioinformática moderna, possibilitando estudos em larga escala de genomas, transcriptomas e microbiomas.
História do Sequenciamento
| Período | Tecnologia |
|---|---|
| 1977 | Sanger Sequencing |
| 2005 | Primeiras tecnologias NGS |
| 2010+ | Sequenciamento de terceira geração |
O sequenciamento Sanger dominou por décadas, mas o NGS reduziu drasticamente o custo do sequenciamento genômico.
Gerações de Sequenciamento
Primeira geração
- Sanger sequencing
- Alta precisão
- Baixa escalabilidade
Segunda geração (NGS clássico)
- Illumina
- Ion Torrent
Terceira geração
- PacBio SMRT
- Oxford Nanopore
Principais Tecnologias
| Tecnologia | Características |
|---|---|
| Illumina | Alta precisão, reads curtas |
| Oxford Nanopore | Reads longas e sequenciamento em tempo real |
| PacBio | Alta fidelidade e reads longas |
Conceitos Fundamentais
- Read — fragmento sequenciado
- Coverage — quantas vezes uma região do genoma foi sequenciada
- Depth — profundidade média de sequenciamento
- Paired-end reads — sequenciamento de ambas extremidades
Preparação de Biblioteca
Antes do sequenciamento, o DNA precisa ser fragmentado e adaptadores precisam ser adicionados.
DNA ↓ Fragmentação ↓ Ligação de adaptadores ↓ Amplificação ↓ Biblioteca pronta
Pipeline Bioinformático
Sequenciamento ↓ FASTQ ↓ Quality Control ↓ Trimming ↓ Alignment ↓ Variant Calling ↓ Análise funcional
Controle de Qualidade
Ferramentas principais:- FastQC
- MultiQC
- Trimmomatic
Alinhamento de Sequências
Ferramentas populares:- BWA
- Bowtie2
- STAR
Variant Calling
Processo de identificação de variantes genéticas comparando sequências com um genoma de referência.
Ferramentas:- GATK
- FreeBayes
- DeepVariant
Montagem de Genoma
Tipos:- De novo assembly
- Reference assembly
- SPAdes
- Velvet
- Canu
Tipos de Experimentos NGS
- Whole Genome Sequencing (WGS)
- Whole Exome Sequencing (WES)
- RNA-Seq
- ChIP-Seq
- ATAC-Seq
Ferramentas Bioinformáticas
| Categoria | Ferramenta |
|---|---|
| QC | FastQC |
| Alignment | BWA |
| Variant Calling | GATK |
| Assembly | SPAdes |
Aplicações Científicas
- Genômica humana
- Medicina personalizada
- Diagnóstico molecular
- Estudos evolutivos
- Metagenômica
Recursos e Links
- NCBI: https://www.ncbi.nlm.nih.gov
- Illumina: https://www.illumina.com
- Oxford Nanopore: https://nanoporetech.com
- GATK: https://gatk.broadinstitute.org