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PACBIO

(주)엠디엑스케이는 고객의 연구 목적에
적합한 기술과 서비스를 제공합니다.

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PacBio

HiFi reads for highly accurate long-read sequencing

SEQUENCE WITH CONFIDENCE
SMRT sequencing – Delivering highly
accurate long reads to
drive discovery in life science

HiFi read는 모든 변이 유형을 감지할 수 있는 높은 정확도 (> 99.9 %)와 가장 복잡한 유전체와 전체 전사체를 assemble하는데 필요한 충분히 긴 길이(최대 25kb)를 제공합니다.

Technology

유전체 분야에서 오랫동안 내재되었던 short read의 한계를 극복한 single-molecule, long-read sequencer인 PacBio의 technology 를 소개해 드립니다. long read sequencer의 선두 주자인 PacBio의 Sequencer는 혁신적인 zero-mode waveguides(ZMW)와 phospholinked nucleotides의 technology, 그리고 계속적인 chemistry의 upgrade를 통하여 long-read single nucleotide molecule의 DNA 합성을 실시간으로 측정할 수 있습니다.

  • Zero-mode waveguides
  • Phospholinked nucleotides
  • Up to a million ZMWs per SMRT Cell
HIFI SEQUENCING
HiFi reads for highly accurate
long-read sequencing
  • read lengths up to 25 Kb

  • >99.9% 의 read accuracy

  • 5-base sequencing (A, T, G, C + 5mC)

HiFi read

HiFi read는 PacBio long-read system에서 circular consensus sequencing (CCS) 모드를 사용하여 생성됩니다. HiFi read는 99.9%의 single-molecular read accuracy의 기본 resolution을 제공합니다. HiFi reads는 de novo assembly를 포함한 whole genome sequencing, variant detection, epigenetic 특성 분석, RNA sequencing 등 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다.

Workflow

  1. Step 01

    Sample prep

  2. Step 02

    Library prep

  3. Step 03

    SMRT sequencing

  4. Step 04

    Data analysis

  • Step 01

    Accepts a variety of sample types and insert sizes

    Ultra-low templates options available from 5-20ng

  • Step 02

    Complete template preparation in as few as 6 hrs

    Size selection options to enrich for longest inserts

    Multiplexing and barcoding solutions available

  • Step 03

    Rapid sequence time (0.5 to 30 hrs)

    Serially process up to 8 SMRT Cells in a single run with walkaway automation

  • Step 04

    Variety of analysis methods available through WMRT Link and PacBio DevNet community

    Open source software

    Advanced data visualiztion and minging

Advantage / Features

  • Long read lengths
    up to 25kb data per SMRT cell : up to 4 million HiFi reads / up to 30 G

    Long sequence reads는 resequencing과 de novo assembly 의 mappability를 극대화 시킬 수 있기 때문에 그 중요성이 점차 널리 인식되고 있습니다. (average > 10,000 bp, some reads > 60,000 bp)

  • Highest
    consensus accuracy
    Free of systematic errors achieves > 99.999% (QV50)

    SMRT sequencing 결과는99.999% (Q50) consensus accuracy를 보여 줄 수 있기 때문에 정확도가 요구되는 variant detection분석에 이용할 수 있습니다.

  • Uniform coverage
    No amplification required. Even coverage across GC content

    SMRT sequencing 은 유전자 서열상의 AT-rich 혹은 GC-rich DNA region, 그리고 highly repetitive sequences, long homopolymers, palindromic sequences로 인하여 나타나는 PCR 문제를 극복하여 균일한 coverage의 sequencing 결과를 재현할 수 있습니다.

  • Simultaneous epigenetic
    characterization
    Directly detect DNA modifications using polymerase kinetics

    다양한 자연 및 질병 과정에서 epigenetics의 중심 역할을 감안할 때 이러한 variants의 detection은 생물학적 복잡성에 대한 보다 완전한 이해의 열쇠입니다. SMRT sequencing 만으로도 DNA modification 결과를 함께 얻으실 수 있습니다.

Applications / Research Area

Application

  • Whole genome
    sequencing

    PacBio의 high consensus accuracy와 uniform coverage를 가진 long read는 포괄적인 Human 및 plant 등의 large genome de novo assemblies와 SNPs/SNVs, structural variants, mobile elements, haplotypes, epigenetics, low complexity region의 variants 등의 다양한 genomic variation에 대한 정확하고 완벽한 이해에 도움을 줄 수 있습니다.

    • De novo
      sequencing

    • Variant
      detection

    • Epigenetics

    • Perform complete microbial characterization in a single experiment
    • Produce high-quality plant and animal reference genomes for complete gene discovery
    • Create exceptional human genome de novo assemblies
    • Simultaneously detect epigenetic information
    • Resolve structural variation across the complete size spectrum with base-pair resolution
  • Targeted sequencing

    지금까지의 short read data를 통한 long repeat variation의 잘못된 mapping과 GC-rich region의 variant 분석상의 PCR-bias에 의한 충분하지 않은 coverage, rare SNPs, indels, copy number variation 등의 불완전한 해석에 대하여 PacBio의 single molecule long read sequencing 결과를 이용하여 다양한 genetic variation의 full spectrum을 얻으실 수 있습니다.

    • No- amp targeted
      sequencing

    • Variant
      detection

    • HLA
      sequencing

    • Viral
      population

    • Explore amplification-free targeted sequencing to enrich hard-to-amplify genomic regions
    • Characterize complex regions underlying human genetic disease
    • Perform candidate gene or domestication studies for plants and animals
    • Resolve complex regions in microbial and infectious disease research
    • Phase full-length HLA allele variation without imputation
    • Characterize extended haplotypes of complex immune regions
    • Fill knowledge gaps with BAC sequencing
  • Complex population

    Bacteria나 viruses, cancer cells의 variants는 복잡한 개체군에서 발견되며, 이 variants 는 환경조건, 면역요법, 약물치료 등에 대한 신속한 진화를 가능 하도록 합니다. 이렇게 밀접하게 연관되어 공존하는 생물들의 종의 다양성을 구별하는 것은 매우 복잡한 Assembly가 필요합니다. SMRT sequencing의 long read, single molecule resolution, uniform coverage를 이용하여 명확하게 생물 종을 구분하실 수 있습니다.

    • Somatic
      variation

    • Microbial
      communities

    • Viral
      population

    • Resolve viral populations
    • Characterize microbial communities
    • Detect somatic variants
  • RNA sequencing

    PacBio에서 만들어지는 full length cDNA sequence를 이용하여 다양한 transcript isoforms을 분석함으로써 genome 상의 transcriptional start site와 alternatively spliced exon 등, 다양한 gene expression study를 수행하실 수 있습니다.

    • Somatic
      variation

    • Microbial
      communities

    • Viral
      population

    • Profile the full complexity of the human transcriptome and discover novel genes, isoforms, and gene fusion events
    • Survey transcript diversity in plants and animals to improve genome annotation and gene discovery
    • Improve quantitation accuracy of short-read RNA-seq data with sample-specific gene isoform models
    • Sequence full-length bacterial operons from transcriptomes and metatranscriptomes
    • Resolve isoform diversity at the single-cell level
  • Epigenetics

    Gene expression, host-pathogen interactions, DNA damage 과 repair등 광범위한 생물학적 과정에 관여하는 epigenetic modification에 대한 연구를 특별한 sample 처리과정 없이 natural DNA로부터 직접 확인하실 수 있습니다.

    • Bacterial DNA
      modification

    • Haplotype
      phasing

    • CpG
      methylation

    • Characterize bacterial DNA modifications and methyltransferase recognition motifs.
    • Identify eukaryotic hyper- and hypo-methylated CpG islands to explore gene expression and regulation.
    • Measure DNA methylation with 5-base HiFi sequencing
  • Metagenomics

    매우 정확하고 길이가 긴 HiFi read는 single-molecule 수준으로 분석이 가능 하므로, full-length 16S rRNA sequencing,
    shotgun metagenome profiling 및 metagenome profiling에 적합합니다.

    • Full-length 16S

    • Shotgun
      metagenome
      profiling

    • Shotgun
      metagenome
      assembly

    • Full-length 16S : 경제적인 가격으로 full-length 16S rRNA sequencing을 수행, 종 또는 균주 수준에서 community 구성을 분석
    • Shotgun metagenome profiling : 절감된 비용으로 효율적인 metagenome profiling을 수행, HiFi read에서 6-8 개의 full-length gene
      식별
    • Shotgun metagenome assembly : 6Gb의 HiFi 데이터로 multiplexed human fecal sample에서 최대 20 개의 고품질 metagenome –assembled genome (MAG) 생성
    • 후성 유전체 데이터를 활용하여 밀접하게 관련된 균주의 contig와 plasmid 를 연관분석

Research Area

Rare disease

Pharmacogenomics

Neurogenomics

Immunogenomics + HLA

Public health + surveillance
- HiFiViral COVID-19 surveillance

Infectious disease research

Microbial sequencing methods

Plant + animal microbes

Agrigenomics

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