次世代シーケンサーを所有することで研究現場はどう変わるのか、
他の手法とは何が違うのかを分かりやすく解説。
次世代シーケンサーを受託ではなく購入する価値を
このメディアを通してお伝えします。
※このサイトはイルミナ株式会社をスポンサーとして、Zenken株式会社が運営しています。
次世代シーケンサー（NGS）分野において、世界で多くの研究者に選ばれている企業の一つです。特にMiSeq™システムシリーズは、10年以上にわたり研究用途で使用され、世界10,000以上の研究機関に導入、160,000本以上の査読付き論文で引用※されています。
こうした実績から、既存研究との比較や再現性が求められる基礎研究・がん・感染症などの領域において、国際的な研究基盤として位置づけられています。
次世代シーケンサーを利用することで可能となる、
代表的な解析内容について解説します。
RNA-Seqは、遺伝子発現量を網羅的に把握するための代表的な解析手法です。目的のRNAをカウントすることで、条件差による発現変動や未知遺伝子の挙動などの解析が可能。
解析を内製化することで、外注時に生じやすい待ち時間や試行制限を減らし、研究スピードの向上につなげることができます。
ターゲットシーケンスは、特定のゲノム領域を標的とし、SNPsや挿入欠失等の遺伝子変異を高感度かつ高精度に検出する手法です。関心領域に限定して解析を行うため、全ゲノム解析に比べてコストおよび生成データ量を圧縮しつつ、目的領域におけるシーケンス深度を最大化できる点が大きな特徴です。
本手法を内製化することで、解析対象や研究目的に即した柔軟なプロトコル選択が可能となり、所要時間の短縮、貴重な検体の保全、および研究費配分の最適化が実現し、限られたリソースの対効果を向上させることができます。
16S rRNA解析は、細菌の16S rRNA遺伝子を標的とし、次世代シーケンサーを用いてサンプル内の細菌叢を網羅的に解析する手法です。16S rRNA遺伝子は、全ての細菌種に共通する「保存領域」と、種ごとに塩基配列が異なる「可変領域」を所有。本手法では、この可変領域の配列差異を識別情報として利用することで、サンプル中に存在する細菌の同定や各菌種の構成比を高精度に算出することができます。
解析を内製化することで、実験の自由度とスピードが飛躍的に向上し、微生物研究におけるPDCAサイクルを最大化することに繋がります。
従来法であるサンガー法との原理的な違いと、次世代シーケンサーの登場が研究現場にどのような変革をもたらすのかを解説します。
サンガー法は一度に1つのDNA断片をシーケンスする「逐次法」であるのに対し、次世代シーケンサーは数百万~数億のDNA断片を並列で同時にシーケンスする「並列法」です。
そのため、サンガー法は特定の塩基配列を高精度で解析することに向いており、次世代シーケンサーは大量のサンプルを網羅的に読み込むことに長けています。
次世代シーケンサーで検出した変異を、サンガー法で個別に検証するといった併用利用も一般的です。一方で、従来サンガー法で行っていた解析を、次世代シーケンサーに置き換えるケースも増えています。
※ゲノムサイズ3Mbの微生物を4株、全ゲノム解析した場合。
イルミナの次世代シーケンサー「MiSeqシステム」を利用したケースから算出。
大量のDNA断片を1本ずつシーケンスするため、膨大な試薬コスト・人件費・時間コストがかかります。
小規模・部分解析には有効ですが、全ゲノム解析のような大規模解析には向いていません。
一度に数百万の断片を高スループットで並列解析するため、コスト効率が高まります。 これにより従来法に比べてコストを約99%削減できるケースもあります。
1回で1つのDNA断片しか解析できないため、解析対象が多い場合は時間がかかります。
数百〜数千の遺伝子を読むには、何日も、場合によっては数か月を要することもあります。
数百万のDNA断片を同時に解析できるため、解析スピードが圧倒的に速くなります。
一度のランで膨大なデータを取得でき、数時間〜1日で結果を得ることが可能です。
解析対象とする遺伝子領域をあらかじめ定義した上で、解析を行う手法です。特定の候補遺伝子における変異の有無やターゲット領域の正確な配列情報を確認したい場合など、明確な仮説に基づいた検証を行う目的で用いられます。
特定の遺伝子だけでなく、サンプル中の全DNAやRNAを網羅的に解析できる技術。仮説を立てて「どこを見るか」を決める必要がなく、サンプル全体を一度に読み取れるため未知領域の開拓を推進します。
サンガー法は依然として高精度で、特定の領域や変異の確認に適していますが、次世代シーケンサーを導入することで、解析のスピードとデータ取得量が大幅に向上します。短時間で膨大な配列情報を得られ、これまで困難だった網羅的な解析や新たな発見の探索が可能になるのです。
同センターの藤崎先生は、次世代シーケンサーがウイルスのような小規模ゲノムの解析において、十分なデータ量を確保しつつランタイムを大幅に短縮できる点を大きな利点として挙げています。実際、300サイクルの試薬を用いれば「朝にセットして夕方には解析へ進める」など、従来に比べて結果取得までのスピードが格段に向上したと語っています。
また、試薬が常温保存に対応したことによる運用面の改善についても言及。従来の凍結保存とは異なり、解凍などの事前準備が不要になったことで「必要な時にすぐ解析を開始できる」柔軟性が生まれ、この変化がスタッフの心理的負担の軽減や、研究業務全体の効率化に大きく寄与していると評価しています。
詳しく見る大阪大学微生物病研究所の元岡講師は、次世代シーケンサー導入による恩恵として「圧倒的なスピードとコストパフォーマンスの向上」を挙げています。従来法と比較してシーケンス時間が短縮されただけでなく、1サンプルあたりの解析コストも削減され、明確な導入効果が得られたと語っています。
さらに、こうした効率化は研究者のユーザーエクスペリエンスを改善しただけでなく、病原体の変異や多型をより正確に捉えるという「データ品質の向上」にも直結していると評価しています。
詳しく見る同センターは、2008年という極めて早い段階から次世代シーケンサーを導入し、強固な解析体制を構築。膨大な塩基配列情報を正確かつ迅速に読み取るための先端機器を駆使し、生物種ごとの特性に最適化された高精度かつハイスループットな解析を実現しています。
受精卵の質向上を目指す農学部の岩田教授は、次世代シーケンサーを用いて細胞外小胞などが卵に与える遺伝子発現変化を網羅的に解析しています。外部委託とは異なり、解析プロセスを明確に把握しながら進められる点も大きなメリットとし、進行中のデータ品質や解析方針について密に相談できるため、工程面での効率性が高く、より納得度の高い研究成果につなげられると語っています。
詳しく見る同社は、微生物のシングルセル全ゲノム解析を実現する独自技術「bit-MAP®テクノロジー」を確立し、その解析基盤としてイルミナ社の「NextSeq™2000」を採用しています。
CBOのフジオカさんは、NextSeq™2000の持つ処理速度とデータ生産量のバランスは同社技術との親和性が極めて高く、両者を組み合わせることで高精度かつ大量のデータ取得を高速に実現していると語っています。また、機器スペックに加え、万が一のトラブル時におけるイルミナチームの迅速なアフターサポート体制も、安定的な運用を支える信頼の証として高く評価されています。
詳しく見る初期費用の観点から受託サービスを選択するケースもありますが、運用頻度や研究体制によっては、装置を購入した方がメリットが大きい場合もあります。
例えばイルミナの中でも最も短いランタイムを誇る「MiSeq i100シリーズ」は、最短4時間でシーケンスを完了。受託会社の繁忙状況や納期に左右されることもありません。
早ければその日のうちに結果を得られるため、急な追加実験や論文提出前の再解析にも対応することができます。
受託会社では繁忙期ではなくても3週間~6週間程度時間がかかることが一般的です。
次世代シーケンサーを購入すれば、リード長・深度・サンプル数などの解析情報や手法を調整しながら好きなタイミングで解析が可能。研究開発のスピードを上げられるため、企業の競争力アップにもつながります。
次世代シーケンサーを自施設で購入する利点は、時間に左右されないことです。自前で装置を運用すれば、必要なときにすぐ解析できるため、
論文投稿や学会発表などの締め切りにも柔軟に対応できます。
ただし、受託解析は、単発的な解析や大量の解析などに有効でもあります。そのため、研究内容や目的に応じて、日常的な解析は自前で、特殊解析や大規模案件は受託を活用するといった併用も推奨されます。
イルミナは米国を本拠地とする会社ですが、日本国内に日本人のテクニカル・フィールドサポーターが多数在籍し、手厚いサポートを実施しています。 ほとんどのサポーターが研究者としてのバックグラウンドがあるため、単に操作トラブルの解決だけでなく、目的やサンプルの性質にあわせて解析方法をコンサルティング。 日本にはラボも用意されているので購入前にお試しをしたり実機を見ることが可能です。
東京都港区芝5-36-7
三田ベルジュビル 22F
操作トラブルや別用途での使用方法などさまざまな相談をいただくことが多くあります。
イルミナでは新しい手法が出た際には特定のトレーニングを受けていないとそのアプリケーションは触れないなど、サポートクオリティを担保するための仕組みがあります。
日本人が直ぐに駆けつけるため、操作や解析に不安がある方はご相談ください。
次世代シーケンサー(NGS)とは、DNAの塩基配列を大量かつ高速に読み取る装置です。
従来の方法より短時間・低コストで解析でき、全ゲノムや遺伝子発現を網羅的に調べることができます。医療・創薬・農業・環境など幅広い研究に活用され、変革をもたらしています。
次世代シーケンサーは未来の研究や製品開発の可能性を広げる重要な装置です。しかし、初めて次世代シーケンサーを導入する方にはハードルが高く感じられるケースも少なくありません。
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