معرفی دستگاه توالی یابی ion PGM II+ویژگی ها و نحوه کارکرد دستگاه

معرفی کامل دستگاه Ion PGM II

سیستم Ion PGM II یک پلتفرم توالی‌یابی نسل بعدی (Next-Generation Sequencing یا NGS) است که از فناوری توالی‌یابی نیمه‌رسانا بهره می‌گیرد. این سیستم توسط شرکت Thermo Fisher Scientific توسعه داده شده و برای کاربردهای تحقیقاتی در حوزه‌ی ژنتیک و بیولوژی مولکولی به کار می‌رود. Ion PGM II به دلیل سرعت بالا، دقت مناسب و کاربری آسان، یکی از ابزارهای محبوب برای انجام پروژه‌های ژنومی و توالی‌یابی RNA و DNA است.

نحوه کارکرد سیستم Ion PGM II

Ion PGM II بر پایه فناوری نیمه‌رسانا عمل می‌کند. این سیستم برخلاف روش‌های سنتی توالی‌یابی که به نور یا رنگ‌های فلورسانس متکی هستند، با استفاده از تغییرات pH در طی واکنش‌های بیوشیمیایی کار می‌کند. فرایند کار این سیستم شامل مراحل زیر است:

1. تهیه کتابخانه‌های توالی‌یابی: ابتدا قطعات DNA یا RNA هدف از نمونه استخراج می‌شوند و به‌عنوان “کتابخانه توالی‌یابی” آماده می‌شوند. این کتابخانه‌ها شامل قطعات کوتاهی از DNA یا RNA به همراه توالی‌های اتصال‌دهنده خاص هستند.
2. تکثیر بر اساس امولسیون (Emulsion PCR): سپس این کتابخانه‌ها با استفاده از روش PCR (واکنش زنجیره‌ای پلیمراز) در امولسیونی که حاوی قطعات کوچک DNA است، تکثیر می‌شوند. هر قطعه DNA به روی مهره‌هایی (beads) چسبیده و پس از تکثیر به تعداد زیاد بر روی مهره‌های جداگانه قرار می‌گیرند.
3. واکنش‌های بیوشیمیایی و تشخیص: هر مهره بر روی یک حسگر نیمه‌رسانا قرار می‌گیرد. هنگامی که یک نوکلئوتید به DNA متصل می‌شود، یون هیدروژن آزاد می‌شود که باعث تغییر pH می‌شود. این تغییرات pH توسط حسگر نیمه‌رسانا شناسایی شده و برای هر نوکلئوتید به‌طور دقیق ثبت می‌شود. به این ترتیب، توالی DNA بازسازی می‌شود.
4. تحلیل داده‌ها: نرم‌افزارهای تحلیل داده به صورت خودکار اطلاعات جمع‌آوری‌شده را پردازش کرده و توالی‌های DNA یا RNA نهایی را مشخص می‌کنند.

کاربردهای سیستم Ion PGM II

این سیستم کاربردهای گسترده‌ای در تحقیقات و پزشکی دارد. برخی از این کاربردها شامل موارد زیر است:

1. توالی‌یابی ژنوم: برای تعیین توالی کامل ژنوم موجودات مختلف، از جمله انسان‌ها، حیوانات، گیاهان و میکروب‌ها.
2. مطالعه RNA و پروفایلینگ ژن‌ها: امکان توالی‌یابی RNA برای بررسی بیان ژن‌ها و شناسایی تغییرات در سطح مولکولی.
3. مطالعه بیماری‌های ژنتیکی و سرطان: با استفاده از این سیستم می‌توان به شناسایی تغییرات ژنتیکی که منجر به بیماری‌ها و سرطان می‌شود، پرداخت.
4. غربالگری ژنتیکی: در تحقیقات پزشکی برای شناسایی جهش‌های ژنتیکی و تغییرات ساختاری ژن‌ها که ممکن است به بیماری‌های مختلف منجر شوند.
5. میکروبیولوژی و متاژنومیک: برای شناسایی و تعیین توالی ژنوم‌های میکروبی، بررسی فلور میکروبی بدن یا محیط و مطالعه تعاملات میکروبی.

مزایای سیستم Ion PGM II

1. سرعت بالا: این سیستم قادر است با سرعت بالایی توالی‌یابی را انجام دهد که به محققان امکان می‌دهد در زمان کمتری داده‌های ژنومی بزرگی را تولید کنند.
2. هزینه‌ی پایین‌تر: یکی از مزایای اصلی این سیستم در مقایسه با دیگر پلتفرم‌های توالی‌یابی، هزینه‌ی پایین‌تر آن است. به دلیل استفاده از فناوری نیمه‌رسانا، نیازی به تجهیزات پیچیده نوری و فلورسانس وجود ندارد که باعث کاهش هزینه‌ها می‌شود.
3. حساسیت بالا: این سیستم به خوبی می‌تواند تغییرات ژنتیکی و جهش‌های نادر را شناسایی کند، که آن را برای تحقیقات در حوزه سرطان و بیماری‌های نادر بسیار مناسب می‌کند.
4. انعطاف‌پذیری: Ion PGM™ II قابل تنظیم برای انواع مختلف نمونه‌ها و اندازه‌های توالی است. به همین دلیل برای تحقیقات در مقیاس‌های کوچک و بزرگ قابل استفاده است.
5. سهولت در استفاده: این سیستم به دلیل دارا بودن رابط کاربری ساده و نرم‌افزارهای تحلیل داده‌ی قدرتمند، فرآیند توالی‌یابی را برای محققان ساده می‌کند.

معایب احتمالی

1. محدودیت در طول توالی: این سیستم معمولاً در توالی‌یابی قطعات کوتاه‌تر DNA و RNA بهتر عمل می‌کند و ممکن است برای توالی‌یابی‌های طولانی‌تر مناسب نباشد.
2. حساسیت به دقت PCR: دقت بالای PCR در این سیستم حیاتی است، و در صورت بروز خطا در تکثیر PCR، ممکن است نتایج نهایی دقیق نباشد.

مقایسه مدل های Ion PGM II، Ion GeneStudio S5

سیستم Ion PGM II، Ion GeneStudio S5 و دستگاه‌های مشابه از سری Ion Torrent از شرکت Thermo Fisher Scientific همگی سیستم‌های توالی‌یابی نسل بعدی (NGS) هستند، اما تفاوت‌هایی در ظرفیت، کارایی و ویژگی‌های هر یک وجود دارد که آن‌ها را برای نیازهای مختلف تحقیقاتی و بالینی مناسب می‌کند. در اینجا مقایسه‌ای بین این سیستم‌ها ارائه می‌شود:

1. تفاوت در ظرفیت و بازدهی

• Ion PGM II: این سیستم برای پروژه‌های کوچک‌تر و متوسط طراحی شده است و قابلیت انجام توالی‌یابی برای حجم‌های کمتر از داده را دارد. تعداد خوانش‌ها (reads) و دقت این دستگاه به پروژه‌های با مقیاس کوچک و پژوهش‌های خاص مانند مطالعات سرطان، توالی‌یابی ژن‌های خاص و تحقیقات میکروبی مناسب است.
• Ion GeneStudio S5: این سیستم نسخه‌ی پیشرفته‌تری است که برای کاربردهای گسترده‌تر و حجم بالاتری از داده‌ها طراحی شده است. S5 قادر است انواع مختلفی از آزمایش‌های NGS، از جمله توالی‌یابی هدفمند، توالی‌یابی کل اگزوم، کل ژنوم و مطالعات متاژنومیک را انجام دهد. این دستگاه به دلیل بازدهی بالاتر و مقیاس‌پذیری بهتر، برای پروژه‌های بزرگ‌تر یا برای کاربردهای پزشکی و تشخیصی در سطح بالینی مناسب است.

2. تفاوت در فناوری و عملکرد

• Ion PGM II: سیستم PGM با استفاده از فناوری توالی‌یابی نیمه‌رسانا به تشخیص تغییرات pH می‌پردازد. این دستگاه برای توالی‌یابی کوتاه‌تر مناسب‌تر است و برای پروژه‌هایی که دقت زیاد برای تعیین نوکلئوتیدهای خاص مورد نیاز است، انتخاب خوبی است.
• Ion GeneStudio S5: این سیستم هم از همان فناوری نیمه‌رسانا استفاده می‌کند، اما با پیشرفت‌های بیشتر در پردازش داده‌ها و بازدهی سریع‌تر. S5 با انواع مختلف چیپ‌ها (Ion S5 chips) کار می‌کند که به محققان امکان می‌دهد ظرفیت و عملکرد دستگاه را بسته به نیازشان تنظیم کنند. به طور کلی، S5 می‌تواند داده‌های بیشتری را در زمان کمتری تولید کند.

3. مقایسه چیپ‌ها (Chips)

• Ion PGM II: این دستگاه از Ion 314, Ion 316 و Ion 318 چیپ‌ها استفاده می‌کند که برای پروژه‌های کوچک تا متوسط طراحی شده‌اند. ظرفیت داده‌برداری این چیپ‌ها محدودتر است و بسته به نوع چیپ می‌تواند چند صد هزار تا چند میلیون خوانش تولید کند.
• Ion GeneStudio S5: این سیستم با طیف وسیع‌تری از چیپ‌ها شامل Ion 510, Ion 520, Ion 530, Ion 540 کار می‌کند. چیپ‌های S5 به دلیل ظرفیت بالاتر، توانایی تولید خوانش‌های بیشتری را در مقایسه با PGM دارند. برای مثال، چیپ Ion 540 می‌تواند تا 80 میلیون خوانش تولید کند، که آن را برای پروژه‌های بزرگ‌تر بسیار کارآمدتر می‌کند.

4. سرعت و کارایی

• Ion PGM II: سیستم PGM سرعت بالایی دارد، اما به دلیل ظرفیت محدود در تعداد خوانش‌ها و داده‌های خروجی، زمان‌بندی آن برای پروژه‌های کوچک‌تر بهتر است. معمولاً برای پروژه‌های سریع با تعداد کمتر نمونه‌ها استفاده می‌شود.
• Ion GeneStudio S5: S5 از سرعت بالاتری برخوردار است و بسته به نوع چیپ استفاده‌شده، می‌تواند حجم عظیمی از داده‌ها را در مدت زمان کوتاه‌تری تولید کند. این دستگاه برای مطالعات بزرگ‌تر که نیاز به تجزیه و تحلیل سریع دارند، ایده‌آل است.

5. قابلیت ارتقا و انعطاف‌پذیری

• Ion PGM II: این دستگاه برای تحقیقات با نیازهای ثابت و مقیاس کوچک تا متوسط طراحی شده است و قابلیت ارتقا یا تنظیم زیادی برای پروژه‌های بزرگ‌تر ندارد.
• Ion GeneStudio S5: یکی از مزیت‌های اصلی این سیستم، انعطاف‌پذیری بالای آن است. S5 می‌تواند برای پروژه‌های مختلف، از تحقیقات ژنتیکی تا کاربردهای بالینی، با استفاده از چیپ‌های مختلف تنظیم شود. این سیستم با چیپ‌های مختلف می‌تواند مقیاس آزمایش‌ها را افزایش دهد، از جمله برای کل اگزوم و کل ژنوم.

6. کاربردهای تخصصی

• Ion PGM II: این دستگاه بیشتر برای پروژه‌های پژوهشی و علمی کوچک‌تر که نیاز به دقت بالا دارند، مانند مطالعات ژن‌های خاص، جهش‌های نادر، سرطان و تحقیقات میکروبی مناسب است.
• Ion GeneStudio S5: این سیستم به دلیل مقیاس‌پذیری بالا و ظرفیت داده‌برداری بیشتر، برای طیف وسیعی از کاربردها مانند توالی‌یابی بالینی، غربالگری ژنتیکی، تشخیص سرطان، و تحقیقات ژنتیکی در مقیاس وسیع استفاده می‌شود.

7. مقایسه با Ion Proton

گاهی دستگاه Ion Proton نیز با این دو سیستم مقایسه می‌شود:

• Ion Proton یک سیستم NGS با ظرفیت بالاتر نسبت به PGM است و برای توالی‌یابی کل ژنوم انسان طراحی شده است. با این حال، از نظر فناوری مشابه است و از چیپ‌های نیمه‌رسانا استفاده می‌کند. در مقایسه با S5، دستگاه Proton کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد و GeneStudio S5 به دلیل انعطاف‌پذیری بیشتر و سازگاری با چیپ‌های مختلف، در پروژه‌های متنوع‌تری به کار گرفته می‌شود.

سیستم Ion PGM II یک ابزار کارآمد برای توالی‌یابی DNA و RNA با استفاده از فناوری نیمه‌رسانا است که با سرعت بالا، هزینه‌ی پایین و سهولت در استفاده شناخته می‌شود. این سیستم به‌ویژه برای تحقیقات ژنتیکی، بررسی بیماری‌ها، توالی‌یابی میکروبی و بسیاری از کاربردهای دیگر در حوزه‌های بیولوژی مولکولی و پزشکی بسیار مناسب است. جهت دریافت اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره، با کارشناسان ما در ماناتک تماس حاصل فرمایید.