วิวัฒนาการของเทคโนโลยีการหาลำดับพันธุกรรม เพื่อการวินิจฉัยเชื้อจุลชีพ
The Evolution of Sequencing Technology for Microbial Diagnosis
คำสำคัญ:
การหาลำดับพันธุกรรม, เทคโนโลยี, วิวัฒนาการบทคัดย่อ
กว่าทศวรรษที่เทคโนโลยีการหาลำดับพันธุกรรมได้รับความนิยมเป็นอย่างมากในวงการจุลชีววิทยาทางการแพทย์ เทคโนโลยีนี้สามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้หลากหลาย เช่น ใช้ในการตรวจวินิจฉัยโรคมะเร็ง ใช้ในการศึกษาเกี่ยวกับโรคทางพันธุกรรมที่พบได้ยาก ใช้ในการตรวจหาแบคทีเรียและจุลชีพอื่น ๆ รวมไปถึงใช้ในการศึกษาลำดับพันธุกรรมสมบูรณ์ของสิ่งมีชีวิตหนึ่ง ๆ ปัจจุบันเทคโนโลยีการหาลำดับพันธุกรรมแบ่งออกเป็น 3 รุ่น คือ รุ่น แรก เทคโนโลยีของแซงเกอร์ เป็นวิธีการที่ใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า เชนเทอมิเนติ้ง และการทำเจลอิเล็กโทรโฟเรซิส รุ่นที่ 2 เทคโนโลยีของอิลลูมิน่า จะอาศัยเทคนิคที่เรียกว่า บริจด์แอมพลิฟิเคชั่น นอกจากนี้ ยังมีเทคโนโลยีอย่างไอออน ทอร์เรน และโซลิดอีกด้วย รุ่นที่ 3 เทคโนโลยีของแพคไบโอ มีการพัฒนาให้สามารถหาลำดับพันธุกรรมที่มีขนาดยาวกว่าได้ การพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง เพื่อจะช่วยในการลดค่าใช้จ่าย (ต้นทุน), เพิ่มความแม่นยำและลดระยะเวลาดำเนินการ อ็อกฟอร์ดนาโนพอร์เทคโนโลยี จัดเป็นรุ่นล่าสุดของเทคโนโลยีที่ถูกพัฒนาขึ้น (รุ่นที่ 3) โดยเทคโนโลยีนี้จะอาศัยการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไปของโมเลกุลขนาดเล็ก เช่น
ดีเอ็นเอ หรือ อาร์เอ็นเอ เป็นต้น ที่เคลื่อนที่ผ่านรูขนาดเล็กในระดับนาโนในขณะช่วงเวลานั้น ๆ ทันที แม้ว่าเทคโนโลยีนี้จะมีการประยุกต์ใช้ในวงการจุลชีววิทยาทางการแพทย์อย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีนี้ยังคงมีข้อจำกัด เช่น ไม่สามารถตรวจหาแบคทีเรียในสิ่งส่งตรวจที่พบเชื้อมากกว่า 1 ชนิดขึ้นไป รวมไปถึงราคาต้นทุนของการหาลำดับพันธุกรรมยังคงมีมูลค่าสูงเมื่อเทียบกับวิธีดั้งเดิมที่ใช้ในการวินิจฉัยโรคติดเชื้อต่าง ๆ เป็นต้น
Downloads
เอกสารอ้างอิง
Pray L. Discovery of DNA structure and function: Watson and crick. Nat Educ [Internet]. 2008 [cited 2025 Decl 23];1(1):100. Available from: https://www.fcav.unesp.br/Home/departamentos/tecnologia/marcostuliooliveira/discovery-of-dna-double-helix_-watson-and-crick-_-learn-science-at-scitable.pdf
Hilt EE, Ferrieri P. Next generation and other sequencing technologies in diagnostic microbiology and infectious diseases. Genes (Basel). 2022 Aug 31;13(9):1566. doi:10.3390/genes13091566
Lin B, Hui J, Mao H. Nanopore technology and its applications in gene sequencing. Biosensors. 2021 Jun 30;11(7):214. doi:10.3390/bios11070214
Sivaradjy M, Rajkumari N. Role of gene sequencing in the diagnosis, tracking and prevention of parasitic diseases–A brief review. J Acad Clin Microbiol. 2022 Nov;24(Suppl 1):S32-5. doi:10.4103/jacm.jacm_15_22
Bhar A. The application of next generation sequencing technology in medical diagnostics: a perspective. Proc Indian Natl Sci Acad. 2022 Aug;88: 592–600. doi:10.1007/s43538-022-00098-x
Satam H, Joshi K, Mangrolia U, Waghoo S, Zaidi G, Rawool S, et al. Next-generation sequencing technology: current trends and advancements. Biology. 2023 Jul;12(7):997. doi:10.3390/biology12070997
Yu X, Jiang W, Shi Y, Ye H, Lin J. Applications of sequencing technology in clinical microbial infection. J Cell Mol Med. 2019;23(11):7143-50. doi:10.1111/jcmm.14624
Church DL. Principles of Capillary-Based Sequencing for Clinical Microbiologists. Clin Microbiol Newsl. 2013 Jan 15;35(2):11-8. doi:10.1016/j. clinmicnews.2012.12.003.
Mehdi K, Gibrat JF, Elloumi M. Generations of sequencing technologies: from first to next generation. Electromagn Biol Med (Aligarh). 2017 Mar;9(395):1-8. doi:10.4172/0974-8369.1000395
Tipu HN, Shabbir A. Evolution of DNA sequencing. J Coll Physicians Surg Pak. 2015 Mar;25(3):210-5.
Barba M, Czosnek H, Hadidi A. Historical perspective, development and applications of next-generation sequencing in plant virology. Viruses. 2014 Jan 6;6(1):106-36. doi:10.3390/v6010106.
Hutchison III CA. DNA sequencing: bench to bedside and beyond. Nucleic Acids Res. 2007;35(18):6227-37. doi:10.1093/nar/gkm688.
Rybicka M, Stalke P, Bielawski KP. Current molecular methods for the detection of hepatitis B virus quasispecies. Rev Med Virol. 2016 Sep;26(5):369-81. doi:10.1002/ rmv.1897
Fakruddin M, Chowdhury A, Hossain N, Mahajan S, Islam S. Pyrosequencing: A next generation sequencing technology. World Appl Sci J. 2013;24(12):1558-71. doi:10.5829/idosi.wasj.2013.24.12.2972
Buermans H PJ, Den Dunnen JT. Next generation sequencing technology: advances and applications. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis. 2014 Oct;1842(10):1932-41. doi:10.1016/j.bbadis.2014.06.015
Hackl ST, Harbig TA, Nieselt K. Technical report on best practices for hybrid and long read de novo assembly of bacterial genomes utilizing Illumina and Oxford Nanopore Technologies reads. bioRxiv. 2022 Oct;10(25):513682; doi:10.1101/2022.10.25.513682
กิตติพัฒน์ อุโฆษกิจ, มาริสา รักสุขสมบัติ, สุภาภรณ์ ขานโบ. เทคโนโลยีการวิเคราะห์ลำดับเบสยุคที่สองและสาม. วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. 2015;23(4),633-50.
Rhoads A, Au KF. PacBio sequencing and its applications. Genomics Proteomics Bioinformatics. 2015 Oct;13(5):278-89. doi:10.1016/j.gpb.2015. 08.002.
Magi A, Semeraro R, Mingrino A, Giusti B, D’aurizio R. Nanopore sequencing data analysis: state of the art, applications and challenges. Brief Bioinform. 2018 Nov;19(6):1256-72. doi:10.1093/bib/bbx062.
Wang Y, Zhao Y, Bollas A, Wang Y, Au KF. Nanopore sequencing technology, bioinformatics and applications. Nat Biotechnol. 2021 Nov;39(11):1348-65. doi:10.1038/s41587-021-01108-x
Chou YC, Masih Das P, Monos DS, Drndić M. Lifetime and stability of silicon nitride nanopores and nanopore arrays for ionic measurements. ACS Nano. 2020 Jun 23;14(6):6715-28. doi:10.1021/acsnano.9b09964.
Bhatti H, Lu Z, Liu Q. Nanopore detection of cancer biomarkers: A challenge to science. Technol Cancer Res Treat. 2022 Jan-Dec;21:15330338221076669. doi:10.1177/15330338221076669.
ชาญวิทย์ ตรีพุทธรัตน์. การศึกษาอณูพันธุศาสตร์และระบาดวิทยาของแบคทีเรียดื้อต่อยาปฏิชีวนะด้วยเทคนิค Next Generation Sequencing (NGS). ใน: การประชุมวิชาการ พันธุศาสตร์แห่งชาติ ครั้งที่ 18. พันธุศาสตร์ก้าวหน้าสู่อาเซียน (Genetics towards ASEAN); 17-19 ก.ค. 2556; กรุงเทพฯ: สมาคมพันธุศาสตร์แห่งประเทศไทย; Thai J Genet; 2013;S(1):46-51. doi:10.14456/tjg.2013.105
Zhu X, Yan S, Yuan F, Wan S. The applications of nanopore sequencing technology in pathogenic microorganism detection. Can J Infect Dis Med Microbiol. 2020 Dec 31;2020:6675206. doi:10.1155/2020/6675206.
Mignardi M, Nilsson M. Fourth-generation sequencing in the cell and the clinic. Genome Med. 2014 Apr 28;6(4):31. doi:10.1186/gm548
Ke R, Mignardi M, Hauling T, Nilsson M. Fourth generation of next‐generation sequencing technologies: Promise and consequences. Hum Mutat. 2016 Dec;37(12):1363-7. doi:10.1002/humu.23051
Pérez-Cobas AE, Gomez-Valero L, Buchrieser C. Metagenomic approaches in microbial ecology: an update on whole-genome and marker gene sequencing analyses. Microb Genomics. 2020 Aug;6(8):e000409. doi:10.1099/mgen.0.000409.
Wiertsema SP, van Bergenhenegouwen J, Garssen J, Knippels LM. The interplay between the gut microbiome and the immune system in the context of infectious diseases throughout life and the role of nutrition in optimizing treatment strategies. Nutrients. 2021 Mar 9;13(3):886. doi:10.3390/nu13030886.
Hosseinkhani F, Heinken A, Thiele I, Lindenburg PW, Harms AC, Hankemeier T. The contribution of gut bacterial metabolites in the human immune signaling pathway of non-communicable diseases. Gut Microbes. 2021 Jan-Dec;13(1):1882927. doi:10.1080/19490976.2021.1882927.
Nakayama SI, Tribuddharat C, Prombhul S, Shimuta K, Srifuengfung S, Unemo M, et al. Molecular analyses of TEM genes and their corresponding penicillinase-producing Neisseria gonorrhoeae isolates in Bangkok, Thailand. Antimicrob Agents Chemother. 2012 Feb;56(2):916-20. doi:10.1128/AAC.05665-11
Bryan G. The pros and cons of NGS-based microbe detection [Internet]. 2022 [cited 2025 Dec 23]. Available from: https://www.clinicallab.com/trends/clinical-microbiology/the-pros-and-cons-of-ngs-based-microbe-detection-26167
ดาวน์โหลด
เผยแพร่แล้ว
รูปแบบการอ้างอิง
ฉบับ
ประเภทบทความ
สัญญาอนุญาต
ลิขสิทธิ์ (c) 2025 วารสารก้าวทันโลกวิทยาศาสตร์
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
