Long-Read-Sequencing (LRS) überwindet die Grenzen der klassischen Short-Read-Technologien (wie Illumina), indem es deutlich längere DNA- oder RNA-Fragmente in einem Durchgang liest. Das ist entscheidend für De-novo-Genomassemblierungen, die Aufklärung komplexer Strukturvarianten (SVs), Repeat-Regionen, Phasing von Haplotypen, Epigenetik und vollständige Transkriptom-Analysen.
Die beiden dominierenden Plattformen sind:
- Pacific Biosciences (PacBio) mit Single-Molecule Real-Time (SMRT)-Sequenzierung und HiFi-Reads (hochgenaue zirkuläre Konsensus-Sequenzen).
- Oxford Nanopore Technologies (ONT) mit Nanopore-Sequenzierung (elektrophysiologische Detektion).
Eine dritte Variante sind synthetische Long-Reads (z. B. Illumina oder andere Hybrid-Ansätze), die aber meist kürzer bleiben und hier nur am Rande erwähnt werden.
Direkter Vergleich der wichtigsten Parameter (Stand Anfang 2026)
| Kriterium | PacBio HiFi (Revio / Vega) | Oxford Nanopore (PromethION / MinION) | Vorteil / Bemerkung |
|---|---|---|---|
| Prinzip | Sequencing by Synthesis in Zero-Mode-Wells (ZMW) mit zirkulärer Konsensus-Sequenzierung (CCS/HiFi) | Elektrische Stromänderung beim Durchtritt durch Nanopore | PacBio = optisch, ONT = elektrisch |
| Typische Read-Länge | 15–25 kb (HiFi), bis ~20–30 kb optimal | 10–100 kb (Standard), ultra-long >100 kb bis >4 Mb | ONT klar überlegen bei ultra-langen Reads |
| Genauigkeit (roh) | ~85–92 % (CLR-Modus) | ~90–95 % (je nach Chemistry, R10.4+) | – |
| Genauigkeit (konsens) | Q30–Q33+ (>99,9–99,95 %) | Q20–Q30+ (bis >99,9 % bei hoher Coverage oder Duplex) | PacBio HiFi deutlich überlegen |
| Durchsatz pro Run | 60–120 Gb pro SMRT Cell (Revio) | 50–200+ Gb pro Flow Cell (PromethION) | Vergleichbar, ONT skalierbarer |
| Laufzeit | ~24 Stunden | 24–72 Stunden (real-time) | PacBio schneller, ONT flexibler |
| Echtzeit-Analyse | Begrenzt | Ja – Daten während des Laufs verfügbar | Starker Vorteil ONT |
| Direkte RNA-Sequenzierung | Möglich (cDNA-basiert) | Ja, nativ ohne cDNA | ONT einzigartig |
| Epigenetik (Methylation) | Nativer 5mC, 6mA etc. | 5mC, 5hmC u. a. nativ | Beide stark, ONT breiter |
| Eingabemenge | Mittel bis hoch | Sehr niedrig möglich | ONT flexibler |
| Kosten pro Gb | Höher (ca. 11–40 USD) | Günstiger (ca. 3–15 USD) | ONT kostengünstiger |
| Gerätekosten | Hoch (Revio ~700.000–800.000 USD) | Sehr variabel (MinION ab ~1.000 USD, PromethION teurer) | ONT deutlich günstigerer Einstieg |
| Stärken | Höchste Genauigkeit, ideal für klinische Anwendungen, präzise Varianten-Calling | Ultra-lange Reads, Portabilität, Real-time, direkte RNA, Feld-Einsatz | – |
| Schwächen | Kürzere Reads als ONT ultra-long, höhere Kosten | Höhere Fehlerrate bei niedriger Coverage, Basecalling rechenintensiv | – |
Wann welche Technologie wählen?
- PacBio HiFi ist die erste Wahl, wenn höchste Genauigkeit gefordert ist:
- Klinische Diagnostik
- Präzise SV- und Small-Variant-Detektion
- Hochqualitative Genomassemblierungen (besonders bei humanen oder komplexen Genomen)
- Anwendungen, bei denen Q30+ Konsensus notwendig ist (z. B. seltene Erkrankungen, Krebs-Genomik)
- Oxford Nanopore dominiert, wenn Länge, Real-time oder Flexibilität entscheidend sind:
- De-novo-Assemblierung sehr repetitiver oder großer Genome (z. B. Pflanzen, Mikrobiome)
- Strukturvarianten und Phasing über große Distanzen
- Direkte RNA-Sequenzierung und Epigenomik ohne Amplifikation
- Feld-Einsatz, Portabilität oder Ressourcen-limitierten Umgebungen
- Schnelle Überwachung von Infektionsausbrüchen
Hybrid-Ansätze (häufig die beste Lösung)
Viele moderne Projekte kombinieren beide Technologien:
- PacBio HiFi für hohe Genauigkeit + ONT ultra-long für Kontiguität → oft die besten Assemblies.
- Zusätzlich Short-Reads (Illumina) zum Polieren oder für hohe Coverage bei quantitativen Analysen.
Aktuelle Entwicklungen (2025/2026)
- PacBio hat mit Revio und neuer SPRQ-Nx-Chemie Durchsatz und Kosten weiter verbessert (Wiederverwendung von SMRT Cells möglich).
- ONT hat mit Duplex-Modus und verbesserten Flow Cells (R10.4+) die Genauigkeit deutlich gesteigert und nähert sich bei hoher Coverage dem HiFi-Niveau.
- Der Markt für Long-Read-Sequencing wächst stark (CAGR >20 %), getrieben durch sinkende Kosten und zunehmende klinische Akzeptanz.
Fazit:
Es gibt kein „besser“ oder „schlechter“ – sondern die richtige Technologie für die Fragestellung. Für maximale Genauigkeit und klinische Zuverlässigkeit ist PacBio HiFi oft überlegen. Für maximale Länge, Echtzeit-Analyse, Portabilität und direkte RNA-Sequenzierung ist Oxford Nanopore unschlagbar. In vielen anspruchsvollen Projekten (z. B. Referenzgenome, komplexe Krankheitsgenomik) gewinnt die Kombination beider Technologien.
