DNA 시퀀싱: 정의, 방법, 예

뉴클레오티드는 생명체의 화학적 구성 요소이며 살아있는 유기체의 DNA에서 발견됩니다. 각 뉴클레오타이드는 설탕, 인산염 그리고 질소 함유 염기: 아데닌 (A), 티민 (T), 시토신 (C) 및 구아닌 (G). 이러한 뉴클레오티드 염기의 특정 순서는 세포에 의해 합성 될 단백질, 효소 및 분자를 결정합니다.

순서 또는 뉴클레오티드 시퀀스를 결정하는 것은 다음 연구에 중요합니다. 돌연변이, 진화, 질병 진행, 유전자 검사, 법의학 조사 및 의학.

유전체학 DNA, 유전자, 유전자 상호 작용 및 유전자에 대한 환경 영향에 대한 연구입니다. 유전자의 복잡한 내부 작용을 밝히는 비결은 염색체의 구조와 위치를 식별 할 수 있다는 것입니다.

살아있는 유기체의 청사진은 DNA에서 핵산 염기 쌍의 순서 (또는 순서)에 의해 결정됩니다. DNA가 복제되면 아데닌은 티민과 쌍을 이루고 시토신은 구아닌과 쌍을 이룹니다. 일치하지 않는 쌍이 고려됩니다. 돌연변이.

이중 나선 이후 데 옥시 리보 핵산 (DNA) 분자는 1953 년에 개념화되었으며, 유전체학 및 대규모 DNA 시퀀싱 분야에서 극적인 개선이 이루어졌습니다. 과학자들은이 새로운 지식을 개별화 된 질병 치료에 적용하기 위해 부지런히 노력하고 있습니다.

동시에 진행중인 토론을 통해 연구원은 빠르게 폭발하는 기술의 윤리적 영향보다 앞서 나갈 수 있습니다.

DNA 염기 서열 분석은 DNA 조각에서 다양한 염기 염기 서열을 발견하는 과정입니다. 전체 유전자 시퀀싱을 사용하면 동일하고 다른 종에 존재하는 염색체와 게놈을 비교할 수 있습니다.

염색체를 매핑하는 것은 과학 연구에 유용합니다. 메커니즘 및 구조 분석 유전자예를 들어, DNA 분자의 대립 유전자 및 염색체 돌연변이는 유전 질환을 치료하고 암성 종양 성장을 막는 새로운 방법을 제시합니다.

Frederick Sanger의 DNA 시퀀싱 방법 1970 년대부터 유전체학 분야를 크게 발전 시켰습니다. Sanger는 인슐린을 연구 할 때 RNA를 성공적으로 시퀀싱 한 후 DNA 시퀀싱을 처리 할 준비가되어 있다고 느꼈습니다. Sanger는 DNA 염기 서열 분석을 수행 한 최초의 과학자가 아닙니다. 그러나 그의 영리한 DNA 염기 서열 분석 방법은 동료 Berg 및 Gilbert와 함께 개발되어 1980 년에 노벨상을 받았습니다.

생어는 자신의 작업의 잠재적 가치를 알고 DNA에 대한 관심을 공유하는 다른 과학자들과 자주 협력했습니다. 분자 생물학 그리고 생명 과학.

오늘날의 시퀀싱 기술에 비해 느리고 비용이 많이 들지만 Sanger의 DNA 시퀀싱 방법은 당시 찬사를 받았습니다. 시행 착오 끝에 Sanger는 DNA 가닥을 분리하고 더 많은 DNA를 생성하고 게놈에서 뉴클레오티드의 순서를 식별하는 비밀 생화학 적 "레시피"를 발견했습니다.

실험실 연구에 사용하기 위해 고품질 재료를 쉽게 구입할 수 있습니다.

• DNA 중합 효소 DNA를 만드는 데 필요한 효소입니다.
• DNA 프라이머 효소에게 DNA 가닥에서 작업을 시작할 위치를 알려줍니다.
• dNTP 데 옥시 리보스 설탕과 뉴 클레오 시드 삼인산으로 구성된 유기 분자입니다. dATP, dGTP, dCTP 과 dTTP – 단백질을 조립하는
• 체인 종결 자 A, T, C 및 G의 각 염기에 대해 종결 자 뉴클레오티드라고도하는 염료 색 뉴클레오티드입니다.

Sanger는 효소 DNA 중합 효소를 사용하여 DNA를 작은 조각으로 자르는 방법을 알아 냈습니다.

그런 다음 그는 주형에서 더 많은 DNA를 만들고 새로운 DNA에 방사성 추적자를 삽입하여 분리 된 가닥의 부분을 구분했습니다. 그는 또한 효소가 주형 가닥의 특정 지점에 결합 할 수있는 프라이머가 필요하다는 것을 인식했습니다. 1981 년 Sanger는 미토콘드리아 DNA의 16,000 염기쌍의 게놈을 알아내어 다시 역사를 만들었습니다.

시퀀싱 프로세스 전반에 걸쳐 온도를 신중하게 조정해야합니다. 첫째, 화학 물질을 튜브에 첨가하고 가열하여 이중 가닥을 풀 (변성) DNA 분자. 그런 다음 온도가 냉각되어 프라이머가 접착됩니다.

다음으로 최적의 DNA 중합 효소 (효소) 활성을 장려하기 위해 온도를 높입니다.

중합 효소는 일반적으로 더 높은 농도로 추가되는 사용 가능한 정상 뉴클레오티드를 사용합니다. 중합 효소가 "사슬 종결"염료 연결 뉴클레오타이드에 도달하면 중합 효소가 중단되고 염색 된 뉴클레오티드가 "사슬 종결"또는 "종결 자."

이 과정은 여러 번 계속됩니다. 결국, 염료로 연결된 뉴클레오티드는 DNA 서열의 모든 위치에 배치되었습니다. 젤 전기 영동 및 컴퓨터 프로그램은 각 DNA 가닥의 염료 색상을 식별하고 염료, 염료의 위치 및 길이를 기반으로 전체 DNA 시퀀스를 파악하십시오. 가닥.

높은 처리량 시퀀싱 – 일반적으로 차세대 시퀀싱 – 새로운 발전과 기술을 사용하여 이전보다 더 빠르고 저렴하게 염기 염기 서열을 분석합니다. DNA 시퀀싱 기계는 대규모의 DNA를 쉽게 처리 할 수 ​​있습니다. 실제로 Sanger의 시퀀싱 기술을 사용하면 몇 년이 아니라 몇 시간 만에 전체 게놈을 수행 할 수 있습니다.

차세대 시퀀싱 방법은 시퀀싱에 필요한 충분한 DNA를 얻기 위해 증폭 또는 복제 단계를 추가하지 않고도 대용량 DNA 분석을 처리 할 수 ​​있습니다. DNA 시퀀싱 기계는 한 번에 여러 시퀀싱 반응을 실행하므로 더 저렴하고 빠릅니다.

본질적으로, 새로운 DNA 시퀀싱 기술은 작고 쉽게 읽을 수있는 마이크로 칩에서 수백 개의 Sanger 반응을 실행 한 다음 시퀀스를 조립하는 컴퓨터 프로그램을 통해 실행됩니다.

이 기술은 더 짧은 DNA 조각을 읽지 만 Sanger의 시퀀싱 방법보다 더 빠르고 효율적이므로 대규모 프로젝트도 빠르게 완료 할 수 있습니다.

그만큼 인간 게놈 프로젝트2003 년에 완료된은 현재까지 수행 된 가장 유명한 시퀀싱 연구 중 하나입니다. 2018 년 기사에 따르면 과학 뉴스, 인간 게놈은 대략 46,831 개 유전자, 이는 시퀀스에 대한 엄청난 도전이었습니다. 전 세계 최고의 과학자들은 거의 10 년 동안 협업과 컨설팅을했습니다. National Human Genome Research 주도

이 프로젝트는 익명의 헌혈자로부터 수집 한 복합 샘플을 사용하여 인간 게놈을 성공적으로 매핑했습니다.

인간 게놈 프로젝트는 박테리아 인공 염색체 (BAC 기반) 시퀀싱 방법에 의존하여 염기쌍을 매핑했습니다. 이 기술은 박테리아를 사용하여 DNA 단편을 복제하여 시퀀싱을위한 많은 양의 DNA를 생성했습니다. 그런 다음 클론을 크기를 줄이고 시퀀싱 기계에 배치하고 인간 DNA를 나타내는 스트레치로 조립했습니다.

유전체학의 새로운 발견은 질병 예방, 발견 및 치료에 대한 접근 방식을 근본적으로 바꾸고 있습니다. 정부는 DNA 연구에 수십억 달러를 투자했습니다. 법 집행 기관은 DNA 분석을 통해 사건을 해결합니다. DNA 검사 키트는 가정에서 조상을 연구하고 건강에 위험을 초래할 수있는 유전자 변이를 식별하기 위해 구입할 수 있습니다.

• 게놈 분석 삶의 영역과 왕국에있는 많은 다른 종의 게놈 서열을 비교하고 대조하는 것이 수반됩니다. DNA 시퀀싱은 특정 서열이 진화 적으로 도입되었을 때 새로운 빛을 비추는 유전 적 패턴을 드러 낼 수 있습니다. DNA 분석을 통해 조상과 이주를 추적하고 역사적 기록과 비교할 수 있습니다.

• 의학의 발전 거의 모든 인간 질병에는 유전 적 요소가 있기 때문에 기하 급수적 인 속도로 발생하고 있습니다. DNA 시퀀싱은 과학자와 의사가 여러 유전자가 서로 및 환경과 상호 작용하는 방식을 이해하는 데 도움이됩니다. 질병 발생을 일으키는 새로운 미생물의 DNA를 신속하게 시퀀싱하면 문제가 심각한 공중 보건 문제가되기 전에 효과적인 의약품과 백신을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다. 암세포와 종양의 유전자 변이를 시퀀싱하여 개별화 된 유전자 치료법을 개발하는 데 사용할 수 있습니다.

• 법의학 응용 프로그램은 1980 년대 후반 이후로 법 집행 기관이 수천 건의 어려운 사건을 해결하는 데 사용되었습니다. 국립 사법 연구소. 범죄 현장 증거에는 용의자의 DNA 프로필과 비교할 수있는 뼈, 머리카락 또는 신체 조직의 DNA 샘플이 포함되어있어 죄책감이나 무죄 여부를 판단 할 수 있습니다. 중합 효소 연쇄 반응 (PCR)은 시퀀싱 전에 추적 증거로부터 DNA를 복사하는 데 일반적으로 사용되는 방법입니다.

• 새로 발견 된 종의 시퀀싱 가장 밀접하게 관련된 다른 종을 식별하고 진화에 대한 정보를 밝히는 데 도움이 될 수 있습니다. 분류 학자는 DNA "바코드"를 사용하여 유기체를 분류합니다. 에 따르면 조지아 대학교 2018 년 5 월에는 303 종의 포유류가 아직 발견되지 않은 것으로 추정됩니다.

• 질병에 대한 유전자 검사 돌연변이 된 유전자 변이를 찾으십시오. 대부분은 단일 뉴클레오타이드 다형성 (SNP)으로, 이는 시퀀스에서 하나의 뉴클레오타이드 만 "정상"버전에서 변경됨을 의미합니다. 환경 적 요인과 생활 방식은 특정 유전자의 발현 방식과 여부에 영향을 미칩니다. 글로벌 기업은 다중 유전자 상호 작용 및 전체 게놈 시퀀싱에 관심이있는 전 세계 연구자들에게 최첨단 차세대 시퀀싱 기술을 제공합니다.

• 계보 DNA 키트 데이터베이스의 DNA 서열을 사용하여 개인의 유전자에있는 변이를 확인합니다. 이 키트에는 분석을 위해 상업용 실험실로 발송되는 타액 샘플 또는 볼 면봉이 필요합니다. 조상 정보 외에도 일부 키트는 단일 뉴클레오타이드 다형성 (SNP) 또는 기타 여성 유방에 대한 위험 상승과 관련된 BRCA1 및 BRCA2 유전자와 같은 잘 알려진 유전 적 변이 난소 암.

신기술은 종종 사회적 이익과 해를 끼칠 가능성이 있습니다. 예를 들면 오작동하는 원자력 발전소와 대량 살상 핵무기가 포함됩니다. DNA 기술에도 위험이 따릅니다.

DNA 시퀀싱 및 CRISPR과 같은 유전자 편집 도구에 대한 정서적 우려에는 기술은 인간 복제를 촉진하거나 도적에 의해 생성 된 돌연변이 형질 전환 동물로 이어질 수 있습니다. 과학자.

더 자주 DNA 염기 서열 분석과 관련된 윤리적 문제는 사전 동의와 관련이 있습니다. 소비자 직접 DNA 검사에 쉽게 접근 할 수 있다는 것은 소비자가 자신의 유전 정보가 어떻게 사용, 저장 및 공유되는지 완전히 이해하지 못할 수 있음을 의미합니다. 평신도는 결함이있는 유전자 변형 및 건강 위험에 대해 배울 준비가되어 있지 않을 수 있습니다.

고용주 및 보험 회사와 같은 제 3자는 심각한 의료 문제를 일으킬 수있는 결함있는 유전자를 보유한 개인을 잠재적으로 차별 할 수 있습니다.