توالی‌یابی نسل جدید (Next Generation Sequencing) یا به اختصار NGS، روشی پیشرفته برای تعیین توالی DNA و RNA است که به محققان اجازه می‌دهد میلیون‌ها قطعه از ژنوم را به طور همزمان و در یک آزمایش واحد بخوانند.

در حالی که روش‌های سنتی مانند توالی‌یابی سنگر (Sanger Sequencing) فقط یک توالی را در هر واکنش تحلیل می‌کردند، فناوری NGS توانایی خواندن میلیون‌ها قطعه DNA در یک چرخه‌ی موازی را دارد.

در این روش، DNA ابتدا به قطعات کوچک تقسیم می‌شود، سپس این قطعات به کمک آداپتورها به سطح یک تراشه یا سلول جریان (Flow Cell) متصل می‌شوند. در ادامه، طی فرآیندی به نام سنتز مبتنی بر توالی (Sequencing by Synthesis)، هر باز (A, T, G, C) با انتشار سیگنال فلورسنت شناسایی و ثبت می‌شود. نرم‌افزارهای تحلیلی پیشرفته، داده‌های حاصل را کنار هم قرار داده و توالی کامل ژنوم یا ناحیه مورد نظر را بازسازی می‌کنند.

فناوری NGS تحول بزرگی در مطالعات زیست‌پزشکی، ژنتیک، و تشخیص بالینی ایجاد کرده است.

از طریق این روش می‌توان به‌طور مستقیم طیف وسیعی از تغییرات ژنتیکی را شناسایی کرد، از جمله:

• جایگزینی بازهای منفرد (SNPs)

• حذف یا اضافه شدن بخش‌های کوچک DNA (indels)

• بازآرایی‌های ساختاری ژنوم مانند وارونگی (inversion) و جابجایی (translocation)

این اطلاعات به درک بهتر مکانیسم‌های بیماری‌ها، شناسایی جهش‌های مسبب بیماری و حتی طراحی درمان‌های شخصی‌سازی‌شده (Personalized Medicine) کمک می‌کند.

در حوزه‌ی بالینی، NGS امروزه به عنوان ابزاری استاندارد در تشخیص‌های ژنتیکی، بررسی سرطان‌ها، و تست‌های پیش از تولد (Prenatal Screening) استفاده می‌شود.

NGS یک فناوری چندمنظوره است که در قالب چند روش اصلی مورد استفاده قرار می‌گیرد:

1️⃣ توالی‌یابی کل ژنوم (Whole Genome Sequencing - WGS)

در این روش، کل DNA انسان شامل نواحی کدکننده و غیرکدکننده تعیین توالی می‌شود.
WGS دیدی جامع از کل ژنوم ارائه می‌دهد و برای شناسایی انواع تغییرات ژنتیکی — از جهش‌های کوچک گرفته تا حذف‌های بزرگ — مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این روش معمولاً برای مطالعات ژنتیکی بزرگ‌مقیاس، کشف جهش‌های نادر و بررسی تنوع ژنتیکی بین جمعیت‌ها استفاده می‌شود.

2️⃣ توالی‌یابی اگزوم (Exome Sequencing)

در این تکنیک تنها بخش کدکننده ژنوم (اگزون‌ها) تعیین توالی می‌شود، یعنی همان بخش‌هایی که مستقیماً پروتئین‌ها را رمزگذاری می‌کنند.
هرچند این بخش تنها حدود ۱٪ از کل ژنوم انسان را تشکیل می‌دهد، اما بیش از ۸۵٪ از جهش‌های بیماری‌زا در همین ناحیه‌ها رخ می‌دهد.
بنابراین، اگزوم‌سیکوئنسینگ روشی اقتصادی‌تر و هدفمندتر نسبت به WGS است و در تشخیص بیماری‌های ژنتیکی ارثی کاربرد گسترده دارد.

NGS یک فناوری چندمنظوره است که در قالب چند روش اصلی مورد استفاده قرار می‌گیرد:

1️⃣ توالی‌یابی کل ژنوم (Whole Genome Sequencing - WGS)

در این روش، کل DNA انسان شامل نواحی کدکننده و غیرکدکننده تعیین توالی می‌شود.
WGS دیدی جامع از کل ژنوم ارائه می‌دهد و برای شناسایی انواع تغییرات ژنتیکی — از جهش‌های کوچک گرفته تا حذف‌های بزرگ — مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این روش معمولاً برای مطالعات ژنتیکی بزرگ‌مقیاس، کشف جهش‌های نادر و بررسی تنوع ژنتیکی بین جمعیت‌ها استفاده می‌شود.

2️⃣ توالی‌یابی اگزوم (Exome Sequencing)

در این تکنیک تنها بخش کدکننده ژنوم (اگزون‌ها) تعیین توالی می‌شود، یعنی همان بخش‌هایی که مستقیماً پروتئین‌ها را رمزگذاری می‌کنند.
هرچند این بخش تنها حدود ۱٪ از کل ژنوم انسان را تشکیل می‌دهد، اما بیش از ۸۵٪ از جهش‌های بیماری‌زا در همین ناحیه‌ها رخ می‌دهد.
بنابراین، اگزوم‌سیکوئنسینگ روشی اقتصادی‌تر و هدفمندتر نسبت به WGS است و در تشخیص بیماری‌های ژنتیکی ارثی کاربرد گسترده دارد.

3️⃣ توالی‌یابی هدفمند (Targeted Gene Sequencing)

در این روش، تنها مجموعه‌ای از ژن‌ها که با یک بیماری یا مسیر خاص بیولوژیکی مرتبط‌اند، مورد بررسی قرار می‌گیرند.
به این مجموعه‌ها اصطلاحاً پانل ژنی (Gene Panel) گفته می‌شود.
به عنوان مثال، در بررسی سرطان پستان ممکن است تنها ژن‌های BRCA1 و BRCA2 هدف توالی‌یابی باشند.
این روش بسیار سریع‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر از WGS است و برای تشخیص بالینی سریع کاربرد فراوان دارد.

فناوری NGS مزایای چشمگیری نسبت به روش‌های قبلی دارد:

• توان عملیاتی بالا: امکان توالی‌یابی میلیون‌ها قطعه DNA در یک واکنش

• دقت بالا و قابلیت تکرارپذیری

• هزینه کمتر به ازای هر باز (Base) نسبت به روش سنگر

• شناسایی همزمان جهش‌های متنوع در ژنوم

• کاربرد در RNA-Seq برای مطالعه بیان ژن‌ها

به همین دلایل، NGS امروزه یکی از ارکان اصلی پژوهش‌های ژنتیک مدرن به شمار می‌آید.

پیشرفت در فناوری‌های NGS به سمت کاهش هزینه، افزایش سرعت و دقت بیشتر پیش می‌رود.
نسل‌های جدید دستگاه‌های توالی‌یابی (مانند Illumina NovaSeq، Oxford Nanopore و PacBio) قادرند توالی‌های بسیار طولانی‌تر را با دقت بالا بخوانند و تحلیل‌های لحظه‌ای (Real-Time Analysis) انجام دهند.

در آینده نزدیک، NGS به احتمال زیاد بخش جدایی‌ناپذیر از پزشکی فردمحور، ژن‌درمانی و غربالگری ژنتیکی پیشگیرانه خواهد شد.

توالی‌یابی نسل جدید (NGS) ابزار قدرتمندی است که درک ما از ژنوم و بیماری‌ها را به طور بنیادی تغییر داده است.
از تحقیق تا تشخیص بالینی، این فناوری به دانشمندان اجازه می‌دهد تا با نگاهی دقیق‌تر به ساختار ژنتیکی موجودات زنده، به درمان‌ها و راهکارهای نوین پزشکی دست یابند.