Next-Generation Sequencing (NGS) is a term that means post-Sanger sequencing methods with high-throughput sequencing technologies. NGS parallelizes the sequencing process, producing thousands or millions of sequences at once. The latest NGS technologies use even single DNA molecule as a template and measures the DNA sequence directly via measuring electronic signals from the extension or degradation of DNA. NGS is making big impacts on biomedical research, molecular diagnosis and personalized medicine. The hospitals are rapidly adopting the use of NGS to help to patients understand treatment with sequencing data. As NGS equipments are getting smaller and affordable, many hospitals are in the process of setting up NGS platforms. In this review, the progress of NGS technology development and action mechanisms of representative NGS equipments of each generation were discussed. The key technological advances in the commercialized platforms were presented. As NGS platforms are a great concern in the healthcare area, the latest trend in the use of NGS and the prospect of NGS in the future in diagnosis and personalized medicine were also discussed.
Next-generation sequencing (NGS) technologies have changed the process of genetic diagnosis from a gene-by-gene approach to syndrome-based diagnostic gene panel sequencing (DPS), diagnostic exome sequencing (DES), and diagnostic genome sequencing (DGS). A priori information on the causative genes that might underlie a genetic condition is a prerequisite for genetic diagnosis before conducting clinical NGS tests. Theoretically, DPS, DES, and DGS do not require any information on specific candidate genes. Therefore, clinical NGS tests sometimes detect disease-related pathogenic variants in genes underlying different conditions from the initial diagnosis. These clinical NGS tests are expensive, but they can be a cost-effective approach for the rapid diagnosis of rare disorders with genetic heterogeneity, such as the glycogen storage disease, familial intrahepatic cholestasis, lysosomal storage disease, and primary immunodeficiency. In addition, DES or DGS may find novel genes that that were previously not linked to human diseases.
The objective of this study was to review application of next-generation sequencing (NGS) to investigate microbiome in the livestock sector. Since the 16S rRNA gene is used as a phylogenetic marker, unculturable members of microbiome in nature or managed environments have been investigated using the NGS technique based on 16S rRNA genes. However, few NGS studies have been conducted to investigate microbiome in the livestock sector. The 16S rRNA gene sequences obtained from NGS are classified to microbial taxa against the 16S rRNA gene reference database such as RDP, Greengenes and Silva databases. The sequences also are clustered into species-level OTUs at 97% sequence similarity. Microbiome similarity among treatment groups is visualized using principal coordinates analysis, while microbiome shared among treatment groups is visualized using a venn diagram. The use of the NGS technique will contribute to elucidating roles of microbiome in the livestock sector.
With the ongoing development of next-generation sequencing (NGS) platforms and advancements in the latest bioinformatics tools at an unprecedented pace, the ultimate goal of sequencing the human genome for less than $1,000 can be feasible in the near future. The rapid technological advances in NGS have brought about increasing demands for statistical methods and bioinformatics tools for the analysis and management of NGS data. Even in the early stages of the commercial availability of NGS platforms, a large number of applications or tools already existed for analyzing, interpreting, and visualizing NGS data. However, the availability of this plethora of NGS data presents a significant challenge for storage, analyses, and data management. Intrinsically, the analysis of NGS data includes the alignment of sequence reads to a reference, base-calling, and/or polymorphism detection, de novo assembly from paired or unpaired reads, structural variant detection, and genome browsing. While the NGS technologies have allowed a massive increase in available raw sequence data, a number of new informatics challenges and difficulties must be addressed to improve the current state and fulfill the promise of genome research. This review aims to provide an overview of major NGS technologies and bioinformatics tools for NGS data analyses.
In countries with FMD vaccination, as in Korea, typical clinical signs do not appear, and even in FMD positive cases, it is difficult to isolate the FMDV or obtain whole genome sequence. To overcome this problem, more rapid and simple NGS system is required to control FMD in Korea. FMDV (O/Boeun/ SKR/2017) RNA was extracted and sequenced using Ion Torrent's bench-top sequencer with amplicon panel with optimized bioinformatics pipelines. The whole genome sequencing of raw data generated data of 1,839,864 (mean read length 283 bp) reads comprising a total of 521,641,058 (≥Q20 475,327,721). Compared with FMDV (GenBank accession No. MG983730), the FMDV sequences in this study showed 99.83% nucleotide identity. Further study is needed to identify these differences. In this study, fast and robust methods for benchtop next generation sequencing (NGS) system was developed for analysis of Foot-and-mouth disease virus (FMDV) whole genome sequences.
This study was carried out to investigate the possibility of isolating the useful gene of soybean plant, anthocyanin, through NGS (Next Generation Sequencing) and molecular biology experiments. Lespedeza cuneata. G. don is a resource plant but has many useful materials. Especially, D-pinitol, which has anti-diabetic function, is contained in a large amount. However, the gene related to the biosynthesis of D-piniol has not been isolated in the non-spermatid. Lespedeza cuneata. G. don was treated with abiotic stress (drought), total RNA was extracted, and a library was constructed to perform NGS. In this way, the genes involved in D-pinitol biosynthesis were isolated and sequenced in silico. In order to support this, ononitol epimerase involved in D-pinitol amplification was identified using the Blast program and RT-PCR confirmed the increased gene expression in vitro, and the gene was isolated and identified by convergence study.
In the present study, fast and robust methods for the next generation sequencing (NGS) were developed for analysis of PRRSV full genome sequences, which is a positive sensed RNA virus with a high degree of genetic variability among isolates. Two strains of PRRSVs (VR2332 and VR2332-R) which have been maintained in our laboratory were used to validate our methods and to compare with the sequence registered in GenBank (GenBank accession no. EF536003). The results suggested that both of strains had 100% coverage with the reference; the VR2332 had the coverage depth from minimum 3 to maximum 23,012, for the VR2332-R from minimum 3 to maximum 41,348, and 22,712 as an average depth. Genomic data produced from the massive sequencing capacities of the NGS have enabled the study of PRRSV at an unprecedented rate and details. Unlike conventional sequence methods which require the knowledge of conserved regions, the NGS allows de novo assembly of the full viral genomes. Therefore, our results suggested that these methods using the NGS massively facilitate the generation of more full genome PRRSV sequences locally as well as nationally in regard of saving time and cost.
Sodnom-Ish, Buyanbileg;Eo, Mi Young;Myoung, Hoon;Lee, Jong Ho;Kim, Soung Min
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.48
no.1
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pp.3-12
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2022
Selection of potential disease-specific biomarkers from saliva or epithelial tissues through next generation sequencing (NGS)-based protein studies has recently become possible. The early diagnosis of oral squamous cell carcinoma (OSCC) has been difficult, if not impossible, until now due to the lack of an effective OSCC biomarker and efficient molecular validation method. The aim of this study was to summarize the advances in the application of NGS in cancer research and to propose potential proteomic and genomic saliva biomarkers for NGS-based study in OSCC screening and diagnosis programs. We have reviewed four categories including definitions and use of NGS, salivary biomarkers and OSCC, current biomarkers using the NGS-based technique, and potential salivary biomarker candidates in OSCC using NGS.
Rapid development of next-generation sequencing (NGS) technology is available to study microbes in genomic level. This NGS has been widely used in DNA/RNA sequencing for genome sequencing, metagenomics, and transcriptomics. The food microbiology area could be categorized into three groups. Food microbes including probiotics and food-borne pathogens are studied in genomic level using NGS for microbial genomics. While food fermentation or food spoilage are more complicated, their genomic study needs to be done with metagenomics using NGS for compositional analysis. Furthermore, because microbial response in food environments are also important to understand their roles in food fermentation or spoilage, pattern analysis of RNA expression in the specific food microbe is conducted using RNA-Seq. These microbial genomics, metagenomics, and transcriptomics for food fermentation and spoilage would extend our knowledge on effective utilization of fermenting bacteria for health promotion as well as efficient control of food-borne pathogens for food safety.
Despite the commercialization of Next generation sequencing (NGS) gene testing, only a few studies have addressed the various ethical and legal problems associated with NGS testing in Korea Here, we reviewed the normative issues that emerged at each stage of the wet analysis and bioinformatics analysis of NGS gene testing. In particular, it was in mind to apply various international guidelines and the principles of bioethics to actual clinical practice. Considering the characteristics of NGS testing, wet analysis of additional testing can be justified if presumptive consent is recognized. Furthermore, the medical relationship between diseases needs to be established and it should be clear that the patient would have given consent if the patient had been aware of the correlation between genes. At the stage of bioinformatics analysis, the question of unsolicited findings arises. In case of unsolicited and relevant findings, according to American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG), a recognized relationship between genes and diseases needs to be established. In case of unsolicited and not-relevant findings, it is almost impossible to determine whether knowing or not knowing the findings is more beneficial to the patient. However, it seems to be certain that the psychological harm an individual may suffer from such information is likely to be greater if the disease is severe and if there is no cure. The list of genes for which the ACMG guidelines impose reporting obligations is a good reference for judgment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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