قطعه‌قطعه‌سازی فراصوتی DNA برای توالی‌یابی نسل جدید
توالی‌یابی نسل جدید (NGS) برای تعیین توالی رشته‌های DNA ژنومی و ایجاد کتابخانه‌های ژنومی، به برش و قطعه‌قطعه‌سازی قابل‌اعتماد DNA ژنومی نیاز دارد. قطعه‌قطعه‌سازی کنترل‌شدهٔ DNA به قطعات DNA، مرحله‌ای ضروری در آماده‌سازی نمونه است که باید پیش از تعیین توالی DNA انجام شود. اثربخشی و قابلیت اعتماد فراصوت‌دهی برای قطعه‌قطعه‌سازی DNA به قطعاتی با طول مشخص اثبات شده است. پروتکل‌های قطعه‌قطعه‌سازی فراصوتی DNA نتایجی بازتولیدپذیر به دست می‌دهند. سونیکاتورهای Hielscher می‌توانند طیف گسترده‌ای از توزیع‌های اندازهٔ قطعات DNA ژنومی را ایجاد کنند که از طریق پارامترهای عملیاتی به‌دقت قابل‌کنترل هستند. ازآنجاکه سامانه‌های برش فراصوتی DNA شرکت Hielscher برای تک‌ویال، چند ویال و همچنین میکروپلیت‌ها عرضه می‌شوند، آماده‌سازی نمونه بسیار کارآمد می‌شود.
سونیکاتور پلیت UIP400MTP برای آماده‌سازی نمونه با ظرفیت پردازش بالا، نمونه‌های موجود در پلیت‌های چندچاهکی، پلیت‌های میکروتیتر و پلیت‌های 96 چاهکی را به‌طور یکنواخت فراصوت‌دهی می‌کند
- نتایج تکرارپذیر / بازتولیدپذیر
- قابلیت تنظیم دقیق برای دستیابی به طول مشخص قطعات
- پردازش سریع
- نتایج یکسان در قطعه‌قطعه‌سازی DNA
- دستگاه‌هایی برای هر حجم نمونه (برای مثال، چند ویال یا میکروپلیت‌ها)
- ظرفیت پردازش بالا
- کنترل دقیق دما
- کاربری ساده و کاربرپسند
توالی‌یابی نسل جدید: قطعه‌قطعه‌سازی فراصوتی DNA برای آماده‌سازی کتابخانه
برای انجام توالی‌یابی نسل جدید، سه مرحلهٔ اصلیِ (1) آماده‌سازی کتابخانه، (2) توالی‌یابی و (3) تحلیل داده‌ها باید انجام شوند. در طول آماده‌سازی کتابخانه، DNA قطعه‌قطعه می‌شود؛ سپس انتهای قطعات با افزودن یک باز آدنین ترمیم (صاف) می‌شود و قطعات هدف به DNA دورشته‌ای تبدیل می‌شوند. در نهایت، ساختارهایی موسوم به آداپتور از طریق اتصال لیگازی، PCR یا تگمنتیشن متصل می‌شوند تا بتوان مقدار محصول نهایی DNA کتابخانه را برای توالی‌یابی تعیین کرد.
قطعه‌قطعه‌سازی DNA با فراصوت‌دهی: به‌ویژه هنگام استفاده از فناوری‌های توالی‌یابی با خوانش کوتاه، مانند Illumina، که نمی‌توانند قطعات بلندتر DNA را به‌آسانی بخوانند، رشته‌های DNA باید به قطعاتی با اندازهٔ مشخص شکسته شوند؛ این کار را می‌توان با فراصوت‌دهی به‌طور قابل‌اعتماد انجام داد.
فراصوت‌دهی را می‌توان به‌طور قابل‌اعتماد برای قطعه‌قطعه‌سازی DNA، RNA و کروماتین به کار برد.
توالی‌یابی نسل جدید – آماده‌سازی کتابخانه
قطعه‌قطعه‌سازی فراصوتی DNA معمولاً در آماده‌سازی کتابخانه‌های توالی‌یابی DNA برای پلتفرم‌های توالی‌یابی نسل جدید (NGS) به کار می‌رود. این روش برای شکستن مولکول‌های DNA به قطعات کوچک‌تر در محدودهٔ اندازهٔ دلخواه استفاده می‌شود و مراحل بعدی آماده‌سازی کتابخانه را تسهیل می‌کند. قطعه‌قطعه‌سازی فراصوتی DNA معمولاً در مرحلهٔ آماده‌سازی کتابخانه در گردش‌کارهای NGS لازم است تا DNA ژنومی به قطعات کوچک‌تر و مناسب برای پردازش‌های پایین‌دستی و توالی‌یابی تبدیل شود. این روش با تولید قطعات DNA در محدودهٔ اندازهٔ مناسب برای پلتفرم توالی‌یابی مورد استفاده، نقشی اساسی در تضمین موفقیت آزمایش توالی‌یابی دارد.
آنالیزهای الکتروفورزی DNA ژنومی E. coli EDL933 که به‌مدت 0 – 15 min تحت فراصوت‌دهی قرار گرفته است. L نشان‌دهندهٔ نردبان DNA است. (Basselet et al. 2008)
توالی‌یابی نسل جدید – مراحل فرایند:
- قطعه‌قطعه‌سازی فراصوتی DNA: پیش از ساخت کتابخانه، DNA ژنومی به قطعات کوچک‌تر و قابل‌مدیریت‌تر شکسته می‌شود. قطعه‌قطعه‌سازی فراصوتی شامل استفاده از امواج صوتی با فرکانس بالا برای برش مولکول‌های DNA به قطعاتی در محدودهٔ اندازهٔ دلخواه است. این مرحله اهمیت اساسی دارد، زیرا کمک می‌کند اطمینان حاصل شود که خوانش‌های توالی‌یابی تولیدشده در مراحل بعد، طول مناسبی برای پلتفرم توالی‌یابی مورد استفاده دارند. محدودهٔ اندازهٔ قطعات را می‌توان براساس الزامات خاص آزمایش توالی‌یابی تنظیم کرد.
- تکثیر کلونال با PCR: پس از قطعه‌قطعه‌سازی فراصوتی، قطعات DNA تحت ترمیم انتها، اتصال لیگازی آداپتور و تکثیر PCR قرار می‌گیرند تا کتابخانه‌های نهایی توالی‌یابی DNA تولید شوند. این مراحل با افزودن توالی‌های آداپتورِ لازم برای اتصال به پلتفرم توالی‌یابی و فراهم‌کردن جایگاه‌های اتصال پرایمر برای تکثیر PCR، مولکول‌های قطعه‌قطعه‌شدهٔ DNA را برای فرایند توالی‌یابی آماده می‌کنند.
- توالی‌یابی DNA از طریق سنتز: پس از آماده‌شدن کتابخانه‌های توالی‌یابی، فرایند توالی‌یابی DNA از طریق سنتز (SBS) آغاز می‌شود. طی SBS، توالی DNA با افزودن پیاپی نوکلئوتیدها به رشتهٔ مکمل تعیین می‌شود. این مرحله شامل چرخه‌هایی از واکنش‌های الحاق نوکلئوتید، تصویربرداری و برش است که تعیین توالی DNA را براساس سیگنال‌های فلورسانس گسیل‌شده از نوکلئوتیدهای الحاق‌شده ممکن می‌کند.
- توالی‌یابی موازی در مقیاس انبوه: در مرحلهٔ نهایی، الگوهای DNA تکثیرشده که از نظر مکانی از یکدیگر جدا شده‌اند، به‌طور هم‌زمان و موازی در مقیاس انبوه توالی‌یابی می‌شوند. این رویکرد توالی‌یابی با ظرفیت پردازش بالا، تولید میلیون‌ها تا میلیاردها خوانش توالی‌یابی را در یک نوبت توالی‌یابی ممکن می‌کند و امکان تعیین کارآمد و سریع توالی‌های DNA را فراهم می‌سازد.
قطعه‌قطعه‌سازی فراصوتی DNA چگونه کار می‌کند؟
فراصوت‌دهی، که با نام پردازش آکوستیکی نمونه نیز شناخته می‌شود، روشی پرکاربرد برای قطعه‌قطعه‌سازی DNA است. برای برش فراصوتی DNA، نمونه‌ها در شرایط کنترل‌شده در معرض امواج فراصوت قرار می‌گیرند. اصل عملکرد قطعه‌قطعه‌سازی فراصوتی DNA بر ارتعاشات و کاویتاسیون ایجادشده توسط امواج فراصوت استوار است. نیروهای برشی حاصل از کاویتاسیون فراصوتی (آکوستیکی)، مولکول‌های DNA با وزن مولکولی بالا را می‌شکنند. تنظیمات فراصوت‌دهی، مانند شدت (دامنه، مدت‌زمان)، حالت پالسی و دما، امکان قطعه‌قطعه‌سازی دقیق DNA به قطعاتی با طول مشخص و دلخواه را فراهم می‌کنند. اگرچه DNA اغلب با فراصوت‌دهی به قطعاتی با طول 100 تا 600 bp کاهش می‌یابد، با اعمال شرایط ملایم‌تر فراصوت می‌توان قطعات بلندتر DNA با طول حداکثر 1300 bp به دست آورد.
برش فراصوتی DNA طی ChIP – رسوب‌دهی ایمنی کروماتین
اقتباس از Jkwchui تحت مجوز CC-BY-SA.03
کنترل دما برای جلوگیری از تخریب DNA
ساختار مولکولی دورشته‌ای DNA به افزایش دما بسیار حساس است؛ بنابراین کنترل دقیق دما در مراحل آماده‌سازی نمونه، عاملی اساسی برای دستیابی به نتایج تحلیلی قابل‌اعتماد است.
چه از سونیکاتورهای پروبی Hielscher استفاده کنید، چه از VialTweeter یا UIP400MTP، حسگر دمای قابل‌اتصال و نرم‌افزار هوشمند دستگاه، پایش و کنترل پیوستهٔ دما را تضمین می‌کنند. برای نگه‌داشتن دما در محدوده‌ای مشخص، می‌توانید حد بالا و پایین دما را تعیین کنید. در نتیجه، به‌محض عبور دما از این حد، سونیکاتور متوقف می‌شود و هنگامی که دما به‌اندازهٔ ∆T تعیین‌شده کاهش یابد، فراصوت‌دهی را به‌طور خودکار ادامه می‌دهد.
نرم‌افزار پیشرفتهٔ سونیکاتورهای Hielscher حفظ قابل‌اعتماد شرایط ایدئال تیمار نمونه را تضمین می‌کند.
قطعه‌قطعه‌سازی DNA در تعداد انبوهی از نمونه‌ها با سونیکاتور پلیت چندچاهکی UIP400MTP
تعداد نمونه‌ها در علوم زیستی طی دههٔ گذشته به‌طور چشمگیری افزایش یافته است. این بدان معناست که تعداد بسیار زیادی از نمونه‌ها (برای مثال، 384، 1536 یا 3456 چاهک در هر میکروپلیت) باید در مراحل آماده‌سازی و تحلیل نمونه، همواره در شرایط یکسان پردازش شوند تا نتایجی قابل‌مقایسه و معتبر به دست آید. Hielscher Ultrasonics با UIP400MTP همگام با روند پردازش انبوه نمونه‌ها حرکت می‌کند. UIP400MTP سونیکاتوری برای آماده‌سازی نمونه با استفاده از میکروپلیت‌ها است. UIP400MTP می‌تواند پلیت‌های دارای 6، 12، 24، 48، 96، 384، 1536 یا 3456 چاهک را پردازش کند. بسته به نوع میکروپلیت، هر چاهک معمولاً می‌تواند حجم نمونه‌ای از ده‌ها نانولیتر تا چند میلی‌لیتر را در خود جای دهد. UIP400MTP که به‌طور گسترده در پژوهش‌های علوم زیستی استفاده می‌شود، کاربرد بسیار رایجی در آماده‌سازی نمونه پیش از سنجش‌هایی مانند ELISA (سنجش ایمونوسوربنت متصل به آنزیم) یا PCR، پیش از آنالیز پروتئین و همچنین در آماده‌سازی کروماتین پیش از CHiP و CHiP-seq، شناسایی تغییرات هیستونی و سایر تیمارهای تحلیلی (برای مثال، الکتروفورز ژل و طیف‌سنجی جرمی) دارد.
دربارهٔ پردازش پلیت‌های PCR با ظرفیت پردازش بالا بیشتر بخوانید!
VialTweeter برای آماده‌سازی نمونه در حداکثر 10 ویال
VialTweeter یک سونیکاتور آزمایشگاهی پرکاربرد از نوع VialTweeter است که فراصوت‌دهی مؤثر و آسانِ هم‌زمانِ حداکثر 10 ویال را ممکن می‌کند. ازآنجاکه ویال‌ها و لوله‌های آزمایش (برای مثال، ویال‌های Eppendorf، کرایوویال‌ها و لوله‌های سانتریفیوژ) به‌طور غیرمستقیم فراصوت‌دهی می‌شوند، از هرگونه آلودگی متقاطع جلوگیری می‌شود. چون شدت یکسانی از فراصوت به هر نمونه اعمال می‌شود، همهٔ نتایج فراصوت‌دهی همگن و بازتولیدپذیر هستند. VialTweeter همانند دیگر دستگاه‌های دیجیتال ما، همهٔ قابلیت‌های هوشمند (برای مثال، منوی هوشمند، تنظیمات قابل‌برنامه‌ریزی، کنترل دما، کنترل از راه دور و غیره) را ارائه می‌دهد تا بیشترین آسودگی کاربر تضمین شود.
پروب‌های چندانگشتی برای پلیت‌های میکروچاهکی
پروب‌های چندانگشتی با 4 یا 8 انگشت که برای هموژنایزرهای فراصوتی پروبی UP200Ht و UP200St عرضه می‌شوند، گزینه‌ای آسان برای فراصوت‌دهی هم‌زمان چند نمونه در شرایط یکسان هستند. برای مثال، سونوتْرود MTP-24-8-96 پروبی هشت‌انگشتی است که برای ادغام در سامانه‌های خودکار یا آماده‌سازی دستی و کارآمد نمونه‌های موجود در چاهک‌های پلیت‌های چندچاهکی ایدئال است. سونوتْرود چندانگشتی برای خودکارسازی در آزمایشگاه‌هایی ایدئال است که در آن‌ها عمدتاً بشرها و لوله‌های آزمایش با استفاده از سونوتْرود فراصوتی استاندارد پردازش می‌شوند. پروب‌های چندانگشتی و استاندارد را می‌توان به‌سرعت و ظرف چند دقیقه با یکدیگر تعویض کرد و سونیکاتور تک‌پروبی را به دستگاه تخریب فراصوتی چندپروبی تبدیل کرد.
سونیکاتورهای Hielscher برای قطعه‌قطعه‌سازی DNA
Hielscher Ultrasonics پلتفرم‌های گوناگون مبتنی بر فراصوت را برای قطعه‌قطعه‌سازی DNA، RNA و کروماتین ارائه می‌دهد. این پلتفرم‌ها شامل پروب‌های فراصوتی (سونوتْرودها)، راهکارهای فراصوت‌دهی غیرمستقیم برای آماده‌سازی هم‌زمان نمونه‌ها در چند لوله یا پلیت‌های چندچاهکی (برای مثال، پلیت‌های 96 چاهکی و پلیت‌های میکروتیتر)، سونورآکتورها و کاپ‌هورن‌های فراصوتی هستند. همهٔ پلتفرم‌های برش DNA با پردازشگرهای فراصوتی پرتوان و دارای فرکانس تنظیم‌شده کار می‌کنند که به‌دقت قابل‌کنترل هستند و نتایجی بازتولیدپذیر ارائه می‌دهند.
پردازشگرهای فراصوتی برای هر تعداد و حجم نمونه
با سونیکاتورهای چندنمونه‌ای Hielscher، یعنی VialTweeter (برای حداکثر 10 لولهٔ آزمایش) و UIP400MTP (برای میکروپلیت‌ها / پلیت‌های چندچاهکی)، به‌دلیل فراصوت‌دهی شدید و دقیقاً قابل‌کنترل، می‌توان به‌آسانی زمان پردازش نمونه را کاهش داد و در عین حال به توزیع اندازه و بازده دلخواه قطعات DNA دست یافت. قطعه‌قطعه‌سازی فراصوتی DNA، آماده‌سازی نمونه را کارآمد، قابل‌اعتماد و مقیاس‌پذیر می‌کند. با اعمال فراصوتی که به‌طور مداوم کنترل می‌شود، می‌توان مقیاس پروتکل‌ها را به‌صورت خطی از یک نمونه به تعداد زیادی نمونه افزایش داد.
سونیکاتورهای پروبی با یک تا پنج انگشت برای آماده‌سازی تعداد کمتری از نمونه‌ها ایدئال هستند. سونیکاتورهای آزمایشگاهی Hielscher در اندازه‌های گوناگون عرضه می‌شوند تا بتوانیم دستگاه ایدئال را متناسب با کاربرد و نیازهای شما پیشنهاد کنیم.
کنترل دقیق فرایند
تنظیمات دقیقاً قابل‌کنترل فراصوت‌دهی اهمیت اساسی دارند، زیرا فراصوت‌دهی بیش‌ازحد می‌تواند DNA، RNA و کروماتین را تخریب کند، اما برش فراصوتی ناکافی به تولید قطعات بیش‌ازحد بلند DNA و کروماتین منجر می‌شود. سونیکاتورهای دیجیتال Hielscher را می‌توان به‌آسانی روی پارامترهای دقیق فراصوت‌دهی تنظیم کرد. همچنین می‌توان تنظیمات مشخص فراصوت‌دهی را به‌صورت تنظیمات برنامه‌ریزی‌شده ذخیره کرد تا همان روش به‌سرعت تکرار شود.
همهٔ عملیات فراصوت‌دهی به‌طور خودکار ثبت و به‌صورت فایل CSV روی کارت SD داخلی ذخیره می‌شوند. این قابلیت امکان مستندسازی دقیق آزمایش‌های انجام‌شده را فراهم می‌کند و بازبینی نوبت‌های فراصوت‌دهی را آسان می‌سازد.
از طریق کنترل از راه دور مرورگری، می‌توان همهٔ سونیکاتورهای دیجیتال را با هر مرورگر استانداردی راه‌اندازی و پایش کرد. نصب نرم‌افزار اضافی لازم نیست، زیرا اتصال LAN راه‌اندازی بسیار ساده به روش اتصال و استفاده را ممکن می‌کند.
بالاترین سطح کاربرپسندی در آماده‌سازی فراصوتی نمونه
همهٔ سونیکاتورهای Hielscher برای ارائهٔ فراصوت با عملکرد بالا طراحی شده‌اند و در عین حال همواره بسیار کاربرپسند و آسان‌کار هستند. همهٔ تنظیمات در منویی واضح و منظم چیده شده‌اند که دسترسی به آن از طریق نمایشگر لمسی رنگی یا کنترل از راه دور مرورگری آسان است. نرم‌افزار هوشمند با تنظیمات قابل‌برنامه‌ریزی و ثبت خودکار داده‌ها، تنظیمات بهینهٔ فراصوت‌دهی را برای دستیابی به نتایج قابل‌اعتماد و بازتولیدپذیر تضمین می‌کند. رابط منوی ساده و آسان، سونیکاتورهای Hielscher را به دستگاه‌هایی کاربرپسند و کارآمد تبدیل می‌کند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای آزمایشگاهی ما ارائه می‌دهد که برای کارهای آماده‌سازی نمونه، مانند قطعه‌قطعه‌سازی DNA و RNA، لیز سلولی و همچنین استخراج پروتئین ایدئال هستند:
| دستگاه | توان [W] | نوع | حجم [mL] |
|---|---|---|---|
| UIP400MTP | 400 | برای میکروپلیت‌ها | 6 – 3456 چاهک | VialTweeter | 200 | برای حداکثر 10 ویال، به‌علاوهٔ امکان اتصال گیره‌ای | 0٫5 – 1٫5 |
| UP50H | 50 | نوع پروبی | 0٫01 – 250 |
| UP100H | 100 | نوع پروبی | 0٫01 – 500 |
| UP200Ht | 200 | نوع پروبی | 0٫1 – 1000 |
| UP200St | 200 | نوع پروبی | 0٫1 – 1000 |
| UP400St | 400 | نوع پروبی | 5٫0 – 2000 |
| CupHorn | 200 | CupHorn، سونورآکتور | 10 – 200 |
| GDmini2 | 200 | سلول جریان عاری از آلودگی |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
واحد فراصوتی آماده‌سازی چندنمونه‌ای VialTweeter فراصوت‌دهی هم‌زمان حداکثر 10 ویال را ممکن می‌کند. با ابزار گیره‌ای VialPress می‌توان حداکثر 4 لولهٔ اضافی را برای فراصوت‌دهی شدید به سطح جلویی فشرد.
سونوتْرود MTP-24-8-96 دارای هشت پروب فراصوتی برای فراصوت‌دهی چاهک‌های پلیت‌های میکروتیتر است.
منابع علمی / مراجع
- Qiyun Liang, Christoph Ratzke (2025): Lysing diverse bacteria with the Hielscher UIP400MTP for DNA sequencing. Protocol Uni Tübingen 2025.
- Poptsova, M., Il’icheva, I., Nechipurenko, D. et al. (2014): Non-random DNA fragmentation in next-generation sequencing. Scientific Reports 4, 4532; 2014.
- Basselet P., Wegrzyn G., Enfors S.-O., Gabig-Ciminska M. (2008): Sample processing for DNA chip array-based analysis of enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC). Microbial Cell Factories 7:29. 2008.
- Wang Y., Joshu C.E., Curtis S.D., Douville C., Burk V.A., Ru M., Popoli M., Ptak J., Dobbyn L., Silliman N., Coresh J., Boerwinkle E., Prizment A., Bettegowda C., Kinzler K.W., Papadopoulos N., Platz E.A., Vogelstein B. (2025): Detection of cancers three years prior to diagnosis using plasma cell-free DNA. Cancer Discovery 2025 May.
- Doublier S., Riganti Ch., Voena C., Costamagna C., Aldieri E., Pescarmona G., Ghigo D., Bosia A. (008): RhoA Silencing Reverts the Resistance to Doxorubicin in Human Colon Cancer Cells. Molecular Cancer Research 6(10), 2008.
- Fredlund E., Gidlund A., Olsen M., Börjesson T., Spliid N.H.H., Simonsson M. (2008): Method evaluation of Fusarium DNA extraction from mycelia and wheat for down-stream real-time PCR quantification and correlation to mycotoxin levels. Journal of Microbiological Methods 2008.
- Fritsche C., Sitz M., Weiland N., Breitling R., Pohl H.-D. (2007): Characterization of the growth behavior of Leishmania tarentolae – a new expression system for recombinant proteins. Journal of Basic Microbiology 47, 2007. 384–393.
- Ristola M., Arpiainen S., Saleem M. A., Mathieson P. W., Welsh G. I., Lehtonen S., Holthöfer H. (2009): Regulation of Neph3 gene in podocytes – key roles of transcription factors NF-κB and Sp1. BMC Molecular Biology 10:83, 2009.
- Rodriguez J., Vives L., Jorda M., Morales C., Munoz M., Vendrell E., Peinado M. A. (2008): Genome-wide tracking of unmethylated DNA Alu repeats in normal and cancer cells. Nucleic Acids Research Vol. 36, No. 3, 2008. 770-784.
- Weiske J. Huber O. (2006): The Histidine Triad Protein Hint1 Triggers Apoptosis Independent of Its Enzymatic Activity. The Journal of Biological chemistry. Vol. 281, No. 37, 2006. 27356–27366.
دانستنی‌های مفید
توالی‌یابی نسل جدید چیست؟
توالی‌یابی نسل جدید، که با نام‌های NGS، توالی‌یابی با ظرفیت پردازش بالا یا توالی‌یابی نسل دوم نیز شناخته می‌شود، به رویکرد توالی‌یابی موازی در مقیاس انبوه اطلاق می‌شود که در آن مقادیر بسیار زیاد (انبوه) DNA متشکل از میلیون‌ها قطعه، در هر نوبت به‌طور هم‌زمان و موازی توالی‌یابی می‌شوند.
برای انجام توالی‌یابی نسل جدید، سه مرحلهٔ اصلیِ
- آماده‌سازی کتابخانه،
- توالی‌یابی و
- تحلیل داده‌ها
ضروری هستند.
در طول آماده‌سازی کتابخانه، رشته‌های DNA باید به قطعات DNA با طول مشخص شکسته شوند. فراصوت‌دهی یکی از روش‌های ترجیحی برای قطعه‌قطعه‌سازی DNA است.
طی فرایند توالی‌یابی DNA، ترتیب نوکلئوتیدها در DNA – که توالی اسید نوکلئیک نامیده می‌شود – تعیین می‌شود. توالی اسید نوکلئیک از چهار باز نوکلئوتیدی – آدنین، سیتوزین، گوانین و تیمین – تشکیل شده است که اطلاعات را رمزگذاری می‌کنند.
توالی‌یابی نسل جدید، پژوهش در علوم زیستی و پزشکی شخصی‌سازی‌شده را پیش می‌برد، زیرا توالی‌یابی DNA و RNA به‌طور گسترده در پژوهش‌های ژنومی، پژوهش‌های سرطان، پژوهش دربارهٔ بیماری‌های نادر و پیچیده، پژوهش‌های میکروبی، ژنومیک کشاورزی و بسیاری از حوزه‌های پژوهشی دیگر استفاده می‌شود.
توالی‌یابی نسل جدید در مقایسه با توالی‌یابی سنگر
درحالی‌که با توالی‌یابی نسل جدید (NGS) می‌توان تعداد انبوهی از نمونه‌های ژنومی را توالی‌یابی کرد، توالی‌یابی سنگر (که با نام روش خاتمهٔ زنجیره یا توالی‌یابی نسل اول نیز شناخته می‌شود) تنها توانایی توالی‌یابی تعداد کمی نمونه را دارد. توالی‌یابی سنگر در هر بار فقط یک قطعهٔ DNA را توالی‌یابی می‌کند و می‌توان آن را در یک روز انجام داد. به‌دلیل دقت آن، توالی‌یابی سنگر فناوری معیار طلایی نیز محسوب می‌شود و برای تأیید نتایج به‌دست‌آمده از توالی‌یابی نسل جدید به کار می‌رود.
توالی‌یابی سنگر به طول خوانش تقریباً 800bp می‌رسد (معمولاً 500–600bp با DNA غنی‌نشده). طول خوانش بیشتر در توالی‌یابی سنگر، به‌ویژه برای توالی‌یابی نواحی تکراری ژنوم، مزایای قابل‌توجهی نسبت به دیگر روش‌های توالی‌یابی دارد. چالش داده‌های توالی با خوانش کوتاه، به‌ویژه در توالی‌یابی ژنوم‌های جدید (de novo) و توالی‌یابی بخش‌های ژنومی با بازآرایی گسترده مطرح است؛ بخش‌هایی که معمولاً در ژنوم‌های سرطانی یا نواحی کروموزومی دارای تنوع ساختاری مشاهده می‌شوند. [cp. Morozova and Marra, 2008]
DNA – دئوکسی‌ریبونوکلئیک اسید – اشکال و عملکردهای آن
هر شکل DNA ویژگی‌ها و کاربردهای منحصربه‌فردی دارد و در طیف گسترده‌ای از حوزه‌های پژوهشی، از جمله سرطان‌شناسی، ژنتیک، علوم جنایی و زیست‌شناسی تکاملی نقش ایفا می‌کند. سونیکاتورهای Hielscher راهکاری بسیار کارآمد و قابل‌اعتماد برای جداسازی و قطعه‌قطعه‌سازی DNA و RNA به‌منظور انجام آنالیزهای شما هستند. در فهرست زیر، اشکال مشخص DNA را توضیح می‌دهیم و آن‌ها را براساس بستر زیستی و عملکردهایشان دسته‌بندی می‌کنیم:
- DNA ژنومی (gDNA)
DNA ژنومی (gDNA): مجموعهٔ کامل DNA در یک جاندار، شامل هر دو نوع نواحی کدکننده (ژن‌ها) و غیرکدکننده. - DNA خارج‌سلولی
DNA توموری در گردش (ctDNA): قطعات DNA که سلول‌های توموری در جریان خون آزاد می‌کنند.
DNA آزاد از سلول (cfDNA): قطعات DNA با منشأ بافت‌های گوناگون که به‌صورت آزاد در جریان خون گردش می‌کنند. - DNA حلقوی خارج‌کروموزومی (eccDNA): مولکول‌های حلقوی DNA که در سلول‌های یوکاریوتی، خارج از کروموزوم‌ها یافت می‌شوند.
DNA ویروسی: DNA با منشأ ویروسی که یا در ژنوم میزبان ادغام شده است یا به‌صورت DNA اپیزومی وجود دارد. - DNA میتوکندریایی
DNA میتوکندریایی (mtDNA): DNA موجود در میتوکندری که از مادر به ارث می‌رسد و در تولید انرژی نقش دارد. - DNA پلاسمیدی
DNA پلاسمیدی: مولکول‌های کوچک و حلقوی DNA که مستقل از DNA کروموزومی تکثیر می‌شوند، معمولاً در باکتری‌ها یافت می‌شوند و در مهندسی ژنتیک کاربرد دارند. - DNA هسته‌ای
DNA هسته‌ای (nDNA): DNA موجود در هستهٔ سلول‌های یوکاریوتی که بخش عمدهٔ مادهٔ ژنتیکی یک جاندار را تشکیل می‌دهد. - DNA تک‌سلولی
DNA تک‌سلولی (scDNA): DNA استخراج‌شده از یک سلول که برای تحلیل دقیق ژنومی در سطح تک‌سلول استفاده می‌شود. - DNA نوترکیب
DNA نوترکیب (rDNA): مولکول‌های DNA که با روش‌های آزمایشگاهی نوترکیبی ژنتیکی تشکیل می‌شوند تا مادهٔ ژنتیکی چند منبع را در کنار هم قرار دهند. - اشکال ویژه
DNA محیطی (eDNA): DNA گردآوری‌شده از نمونه‌های محیطی (خاک، آب) بدون جداسازی جانداران منشأ آن
DNA باستانی (aDNA): DNA استخراج‌شده از نمونه‌های باستانی که شناختی دربارهٔ زیست‌شناسی تکاملی و جمعیت‌های باستانی فراهم می‌کند. - DNA کروموزومی
DNA کروموزومی: DNA تشکیل‌دهندهٔ کروموزوم‌های درون هستهٔ سلول که هر دو نوع نواحی کدکننده و غیرکدکننده را در بر می‌گیرد. - اشکال ویروسی و سنتزی
DNA ویروسی: DNA منشأگرفته از ویروس‌ها که می‌تواند در ژنوم‌های میزبان ادغام شود یا به‌صورت مستقل وجود داشته باشد.
DNA سنتزی: توالی‌های DNA که به‌صورت مصنوعی از طریق فرایندهای شیمیایی سنتز می‌شوند و اغلب در پژوهش و زیست‌فناوری کاربرد دارند.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در اندازه‌های آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.