你知道嗎? 細菌族群就棲身在你的身體裡，有些住在皮膚表面，有些居住在腸內道，而不同部位的細菌族群種類也不盡相同，甚至，每個人身體上的菌相也會有所差異；2009年，美國科羅拉多大學團隊，利用NGS系統進行16S rRNA序列分析，進而描繪出全世界第一張人體菌相圖(上圖)，讓我們清楚得觀察到，不同部位皆有其獨特的細菌族群，而口腔與腸道是人體菌相最複雜的地方，相較而言，皮膚表面的菌相就顯得單純；有越來越多證據顯示，人類身體的細菌族群與人體健康有關，然而，人體共生菌方面的研究仍在剛起步的階段，這群細菌的所扮演的角色還待更進一步的研究。
融合基因 (fusion gene) 經常發現在血癌、前列腺癌及軟組織肉瘤中，並且有越來越多證據顯示與導致該癌症的發生有關係。融合基因的形成是由於染色體發生了易位 (translocation) 、刪除 (interstitial deletion) 或倒置 (inversion) 所造成，融合基因所表現的融合蛋白 (fusion protein) 在功能上會有所變異，以慢性骨隨白血病 (Chronic myelogenous leukemia) 中 BCR-ABL 融合基因為例，BCR-ABL 會表現成 tyrosine kinase 並活化細胞周期調節系統中的控制週期蛋白，加速細胞分裂，並抑制 DNA 修復，導致病變，並且在 95% 的患有慢性骨隨白血病的病人中皆有 BCR-ABL 基因，因此可當成 biomarker 來判別是否罹患慢性骨隨白血病。
應用 NGS 的技術在 RNA-seq 上，陸續有研究在癌症發現新的融合基因，Michael F. Berger 等人在2010年使用 GA2 定序了 10 個皮膚癌樣本的 RNA-seq，從中首次發現了融合基因，對於皮膚癌在生物調控上的機制給予新的觀點及突破。
一樣用一句話去去解釋 mate-paired 和 paired-end 的差異：mate-paired 技術可以讓定序兩端的間隔高達 2k-5k (目前新 kit 可到 10k )。如下圖所示：
首先我們將 DNA 打斷成長度為 2000~5000bp 的片段，然後將這些片段的尾端給連接起來，因此可以形成一個環狀的 DNA。圖中的紅色和綠色圓點分別代表 DNA 的 5’和 3’端。然後再將此環形 DNA 給打斷，帶有紅色和綠色圓點的區域即為我們最後要定序的 DNA 片段。由上圖可知，mate-paired 的特色除了含有極長片段的資訊之外，也由於經過環形連接，因此其定序的方向也與 paired-end 相反，分別由原始 DNA 片段的內側往外側延伸定序，這在生物資訊的處理時是要特別注意到的地方。
RNA-seq 是透過次世代定序的技術來偵測基因表現量的方法，在衡量基因表現量時，若是單純以 map 到的 read 數來計算基因的表現量，在統計上是一件相當不合理事，因為在隨機抽樣的情況下，序列較長的基因被抽到的機率本來就會比序列短的基因較高，如此一來，序列長的基因永遠會被認為表現量較高，而錯估基因真正的表現量，所以 Ali Mortazavi 等人在 2008 年提出以 RPKM 在估計基因的表現量。
RPKM 是將 map 到基因的 read 數除以 map 到 genome 的所有 read 數 (以 million 為單位) 與 RNA 的長度(以 KB 為單位)。
其公式為:
Illumina (Genome Analyzer)與Roche (454)皆是次世代定序儀(Next Generation Sequening , NGS )，兩者的基本原理離不開sanger的鏈終止定序法(chain termintin)，但是卻有不同的定序原理。
在 RNAi 的原理漸漸被了解發現的同時，許多研究病毒的學者很快就嘗試運用這個天然的機制，來控制病毒在寄主體內的複製與發病。由於許多造成嚴重病害的病毒以 RNA 病毒為主，因此在植物病理學上，亦或是醫學上，都曾嘗試過使用 RNAi 的機制，抑制病毒的複製或是表現蛋白。在 Fire 和 Mello 研究中提到過 RNAi 的反應會經由少量的雙股 RNA 觸發，並放大擴散整個效應，而在後續的研究中，逐漸了解這是因為雙股 RNA 被酵素—RNase H剪切成為小分子的 RNA 片段，被稱為“small RNA”。這種小分子的 RNA 的反股會跟細胞內的複合物 RISC（RNA-induced silencing complex）做結合，進而專一性的降解所有與這些小分子 RNA 互補的 mRNA 序列，使寄主達到如同免疫的效果。
RNAi 應用在醫學領域治療病毒所引起的疾病，首例是用在治療 HIV 所引起的愛滋病，HIV 是一種 RNA 病毒，但是由於病毒都具有高度的突變性，因此使用專一性高的 RNAi 來抑制不斷改變的病毒核酸有些困難，但所幸 HIV 在人體感染的途徑已被研究得非常透徹，因此科學家們改變策略不嘗試抑制病毒本身的複製或是蛋白質表現，而針對病毒辨識人體細胞膜外側的 CD4 和 CCR5 receptor 作抑制，當體細胞膜不再具有可被病毒辨識的 receptor 後，病毒便無法轉移感染健康的體細胞，達到治療的功效。
1990 年，一群植物生理科學家— Richard Jorgensen 的實驗團隊，嘗試在矮牽牛 (Petunia) 上增豔花朵顏色，而它們使用的策略是現今發展相當成熟的農桿菌轉殖基因技術以及組織培養技術。chalcone synthase (CHS)，是一種開花植物形成花青素的化學路徑上，決定合成效率的關鍵酵素，當時，Jorgensen 使用高效能之 35S promoter 來大量表現矮牽牛之 CHS 酵素，他期望能產出色澤更為飽滿的美麗矮牽牛，但結果卻令他萬萬想不到。
在 Jorgensen 的研究報告中顯示出，他所得到轉基因矮牽牛，不但花色沒有變深，甚至高達 42％ 的矮牽牛出現白化、白斑、白色嵌紋等性狀，這個結果告訴了他一個事實，植物體內啟動了某一種未知機制，不但抑制了他所轉殖的基因表現，也抑制了自己本身該正常表現的CHS 酵素。在當時，這個現象在植物上被稱為共同抑制（co-suppression）。
一句話去去解釋 single end 和 paired-end 的差異： single end 只讀取DNA片段的一端，而 paired-end 則是讀取兩端。如下圖所示：
為何要有 paired-end 這樣的技術發明呢？主要的原因在於 illumina 在每一次定序的過程中，最多只能定序到 150bp 的長度。這樣的長度對比於第一代的 Sanger 定序法(約 1000bp )或是同樣屬於 NGS 的 454 定序儀(約 400bp)，顯然是短了許多。因此 illumina 發展了 paired-end 的定序，先將 DNA 打斷成固定長度範圍的片段( 200~500bp )，再利用此技術讀取片段兩端的序列，我們即可得到 300bp ( 150x2 )的定序長度。此一技術不僅拉近了 illumina 和 454 之間的差距，也大大的改善了生物資訊的分析。
前列腺癌是美國癌症比例第二高的癌症，然而，前列腺癌細胞內發生的基因變異卻尚未被完全了解。直到近年次世代定序技術的蓬勃發展，科學家才得以解序癌細胞內的全基因體序列，進而深入探討前列腺癌細胞的癌化機制。
Michael F. Berger等人在2011年二月發表在知名期刊nature的”The genomic complexity of primary human prostate cancer”，其研究團隊以次世代定序平台GA2x解序七位罹患初期前列腺癌病患的癌細胞全基因體序列，研究發現前列腺癌細胞基因體有非常複雜的重組現象，如下圖，例如染色體21內，原本只會出現在紅色區域內的DNA序列卻出現在橘色區域中，而橘色區域的DNA片段也有轉移到紅色區域的情形，除此之外，不同染色體上的DNA片段也有相互交換的情形，例如正常細胞中僅會出現在第21對染色體之橘色區域的DNA序列，在癌細胞中出現在第1對染色體的黃色區域內。另外，下圖也顯示了在正常前列腺細胞內的基因體結構並沒有DNA片段位置轉移的現象。這些結果顯示前列腺癌細胞的基因體內，有著非常高頻率且複雜的重組現象(genomic rearrangements)，並且這些重組現象與癌化過程有很大的相關性。
癌症在台灣是死亡原因第一位，對於癌症的治療，臨床上仍然無法有效的根除，因此，許多科學家皆積極的參與癌症相關的研究，希望能找出有效的治療方法。了解細胞的致癌機轉，揭開癌細胞全基因體序列，進而了解癌細胞的基因結構是相當重要的。早期以Sanger定序全基因體序列需耗費相當龐大的人力及花費，因此難以對於癌細胞的全基因體定序，直到近幾年，次世代定序技術的成熟，各種癌症的全基因體序列才得以被定序完成，下圖為近年來被完整定序的癌症種類。
藉由比較癌細胞與正常體細胞的全基因體序列，可了解癌細胞在全基因體上的變異，進而協助科學家找出致癌的機轉及抑制癌細胞的治療方法，下圖為次世代定序配合生物資訊分析找出癌細胞上基因體變異的情形，其中包含point mutation、insertion and deletion(INDEL)、copy number alterations及translocation，另外，如果有部分片段定序出來的序列與資料庫中病毒或病原菌的序列相同，則可辨別細胞被外來微生物感染之病毒或細菌之種類。
致病性微生物的來源管控及監測對於預防群體感染是相當重要的，傳統上須藉由比較微生物基因體結構上的相似度來找尋感染的源頭，常見的分子檢測方式為PFGE。Optical mapping能在短時間內得到微生物的全基因體限制酶切位圖譜， 因此，在比較不同來源微生物的基因體結構上，能得到比PFGE更精確且詳盡的資訊。目前Optical mapping在管控致病性微生物上，對於找尋醫院內部集體感染抗藥性金黃色葡萄球菌(Methicillin Resistant Staphylococcus aureus, MRSA)的傳播來源及細菌抗藥基因和毒性基因的分析，皆能提供即時且精確的資訊。
抗藥性金黃色葡萄球菌是醫院院內感染最常見的菌種，免疫力較差的住院患者常一旦被感染後，容易因為敗血症而導致死亡，因此，抗藥性金黃色葡萄球菌在醫院內的感染管控是相當重要的。下圖為以optical mapping找尋感染來源的實際案例，以不同病房內所採集到的抗藥性金黃色葡萄球菌之限制酶切位圖譜，與被感染的患者身上收集到的細菌之切位圖譜做相似度的比較，能準確的找出病人被感染之來源病房，並且得以針對特定病房做消毒及管控，進而達到防止集體感染之目的。
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