표준 나노포어 심플렉스 리드를 이용한 부분 페이징 및 거의 완전한 T2T 어셈블리 혁신
hifiasm-ONT라는 새로운 조립 방법이 표준 Oxford Nanopore Simplex 리드를 이용해 고품질, 비용 효율적인 near T2T(텔로미어-투-텔로미어) 조립을 가능하게 하여, 연구 및 임상 응용 전반에 걸쳐 포괄적인 게놈 조립 접근성을 넓혔습니다.
2025년 4월 18일 bioRxiv에 공개된 새로운 논문에서는, 표준 샘플 준비 및 Oxford Nanopore Simplex 리드를 이용하여 부분적으로 phased된 near T2T 조립을 가능하게 하는 획기적인 게놈 조립 알고리즘인 hifiasm-ONT를 소개했습니다.
이 알고리즘은 Haoyu Cheng, Han Qu, Heng Li, Peter Park가 개발했으며, Oxford Nanopore의 머신러닝 및 애플리케이션 팀의 지원을 받았습니다. 이 주요 알고리즘 혁신은 Oxford Nanopore Simplex2 리드(표준 Ligation Sequencing Kit 라이브러리 준비 방법을 통해 얻어지며, 30 kb N50 리드 길이를 달성할 수 있음)의 길이 장점을 극대화하는 동시에, 필요한 데이터 양과 계산 요구사항을 크게 줄였습니다.
이 방법은 초장기(ultra-long) 리드나 복잡한 프로토콜에 의존하지 않기 때문에, 임상 연구부터 생물다양성 유전체학에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 진보된 near-T2T 조립 접근을 가능하게 합니다. 또한, 이 방법은 전통적인 고정확성 기술을 넘어서는 결과를 제공하며, 더 높은 연속성, 낮은 비용, 간소화된 준비 과정을 통해 정보가 풍부한 유전체 통찰을 더욱 넓게 확장시켰습니다.
Oxford Nanopore Technologies의 CEO인 Gordon Sanghera는 다음과 같이 언급했습니다. 이는 near-T2T 게놈 조립 접근성에 있어 매우 중요한 순간입니다. 연구자들은 이제 초장기 시퀀싱이 필요 없이, 일상적인 Oxford Nanopore 워크플로를 사용해 고품질 조립을 달성할 수 있게 되었습니다. 유전체학에서는 놓치는 정보가 중요하며, 이번 발전은 다양한 응용 분야에서 정보가 풍부한 통찰을 얻을 수 있는 기회를 열어줍니다.
이번 방법에 대한 더 자세한 내용은 2025년 London Calling에서 논문의 제1 저자이자 수석 알고리즘 설계자인 Haoyu Cheng이 발표할 예정입니다. 그의 발표에서는 이 고급 알고리즘 설계가 Oxford Nanopore의 모든 리드 길이 플랫폼의 잠재력을 어떻게 극대화하고 있는지, 그리고 게놈 조립을 어떻게 더 저렴하고, 접근 가능하며, 확장 가능한 새로운 시대로 이끌고 있는지를 다룰 예정입니다.
부분적으로 phased된 near T2T 조립은 매우 연속적인 완전한 이배체(diploid) 게놈을 나타내지만, contig 내에 haplotype 전환(haplotype switches)이 존재할 수 있습니다. 만약 완전히 haplotype-resolved된 조립을 원하는 경우, Pore-C 또는 Trio 데이터를 추가함으로써 모계 또는 부계 haplotype에서 유래한 완전한 phased된 contig를 얻어 haplotype 전환을 제거할 수 있습니다.
Simplex는 단일 가닥 서열을 시퀀싱하는 방법입니다. 템플릿 DNA 가닥이 나노포어를 통과하며 basecalling이 수행됩니다.
hifiasm-ONT 요약 정리
특징 (Features)
- Oxford Nanopore Simplex 리드를 사용해 부분적으로 phased된 near T2T 조립을 수행
- 표준 샘플 준비 방법(Ligation Sequencing Kit)을 이용, 복잡한 프로토콜 불필요
- 30 kb N50 길이의 Simplex2 리드 길이 특성을 활용
- Ultra-long 리드 없이 near T2T 수준의 결과를 달성
- Oxford Nanopore의 머신러닝 팀 및 애플리케이션 팀이 개발 지원
- 부분적으로 phased: contig 내부에 haplotype switch 가능
➔ 완전한 haplotype 분리를 원할 경우 Pore-C 또는 Trio 데이터 추가 필요
장점 (Advantages)
- 데이터 요구량 감소 ➔ 적은 시퀀싱 데이터로도 조립 가능
- 계산 요구사항 절감 ➔ 컴퓨팅 비용 및 시간 절약
- 초장기 리드 필요 없음 ➔ 장비/시퀀싱 조건 부담 완화
- 높은 연속성(Contiguity) ➔ 전통적인 고정확성 기술 대비 뛰어난 결과
- 비용 효율성 ➔ 전체 프로젝트 비용 절감
- 단순화된 준비 과정 ➔ 현장 연구자들도 쉽게 적용 가능
- 임상 연구, 생물다양성 연구 등 다양한 분야 적용 가능
필요 조건 (Requirements)
- Oxford Nanopore 시퀀싱 플랫폼 (특히 Simplex 읽기 지원 장비)
- Ligation Sequencing Kit 기반 라이브러리 준비
- 기본적인 리드 품질 관리 (30 kb N50 정도 확보 권장)
- hifiasm-ONT 소프트웨어 적용 (공개된 버전 활용)
- 더 완전한 phased 조립을 위해서는 Pore-C 또는 Trio 시퀀싱 데이터 추가 가능
참고 문헌:
Haoyu, C., Han, Q., Sean, M., 외. bioRxiv (2025). Efficient near telomere-to-telomere assembly of Nanopore Simplex reads. DOI: https://doi.org/10.1101/2025.04.14.648685