DNA Dizileme: Tanım, Yöntemler, Örnekler

Nükleotitler, yaşamın kimyasal yapı taşlarıdır ve canlı organizmaların DNA'sında bulunur. Her nükleotid şunlardan oluşur: bir şeker, fosfat ve bir azot içeren baz: adenin (A), timin (T), sitozin (C) ve guanin (G). Bu nükleotid bazlarının özel sırası, hücre tarafından hangi proteinlerin, enzimlerin ve moleküllerin sentezleneceğini belirler.

Nükleotidlerin sırasını veya sırasını belirlemek, araştırma için önemlidir. mutasyonlar, evrim, hastalık ilerlemesi, genetik testler, adli araştırma ve tıp.

genomik DNA, genler, gen etkileşimleri ve genler üzerindeki çevresel etkilerin incelenmesidir. Genlerin karmaşık iç işleyişini çözmenin sırrı, kromozomlar üzerindeki yapılarını ve konumlarını belirleyebilmektir.

Canlı organizmaların planı, DNA'daki nükleik asit baz çiftlerinin sırası (veya dizisi) tarafından belirlenir. DNA eşlendiğinde, adenin timinle, sitozin guaninle eşleşir; uyumsuz çiftler kabul edilir mutasyonlar.

Çift sarmal olduğundan beri deoksiribonükleik asit (DNA) molekülü 1953'te kavramsallaştırıldı, genomik ve büyük ölçekli DNA dizilimi alanında çarpıcı gelişmeler yapıldı. Bilim adamları, bu yeni bilgiyi hastalıkların bireyselleştirilmiş tedavisine uygulamak için gayretle çalışıyorlar.

Aynı zamanda, devam eden tartışmalar, araştırmacıların bu tür hızla patlayan teknolojilerin etik sonuçlarının önünde kalmalarına izin veriyor.

DNA dizilimi, DNA parçacıklarındaki çeşitli nükleotid bazlarının dizisini keşfetme sürecidir. Tüm gen dizilimi, aynı ve farklı türlerde bulunan kromozomların ve genomların karşılaştırılmasına izin verir.

Kromozomların haritasını çıkarmak bilimsel araştırmalar için faydalıdır. mekanizmalarının ve yapısının incelenmesi genlerDNA moleküllerindeki aleller ve kromozomal mutasyonlar, örneğin, genetik bozuklukları tedavi etmenin ve kanserli tümör büyümesini durdurmanın yeni yollarını önerir.

Frederick Sanger'in DNA dizileme yöntemleri 1970'lerden başlayarak genomik alanını büyük ölçüde geliştirdi. Sanger, insülin üzerinde çalışırken RNA'yı başarılı bir şekilde diziledikten sonra DNA dizilimi ile başa çıkmaya hazır hissetti. Sanger, DNA dizilimi ile uğraşan ilk bilim adamı değildi. Bununla birlikte, meslektaşları Berg ve Gilbert ile birlikte geliştirilen zekice DNA dizileme yöntemleri, 1980'de Nobel Ödülü kazandı.

Sanger, çalışmalarının potansiyel değerini biliyordu ve genellikle DNA'daki ilgi alanlarını paylaşan diğer bilim adamlarıyla işbirliği yaptı. moleküler Biyoloji ve yaşam bilimi.

Günümüzün dizileme teknolojilerine kıyasla yavaş ve pahalı olmasına rağmen, Sanger'in DNA dizileme yöntemleri o zamanlar övgüyle karşılandı. Deneme ve yanılma sonrasında Sanger, DNA ipliklerini ayırmak, daha fazla DNA oluşturmak ve bir genomdaki nükleotidlerin sırasını belirlemek için gizli biyokimyasal "tarifi" buldu.

Laboratuvar çalışmalarında kullanılmak üzere yüksek kaliteli malzemeler kolayca satın alınabilir:

• DNA polimeraz DNA yapmak için gerekli olan enzimdir.
• DNA primeri enzime DNA zinciri üzerinde çalışmaya nereden başlayacağını söyler.
• dNTP'ler deoksiriboz şeker ve nükleosit trifosfatlardan oluşan organik moleküllerdir. dATP, dGTP, dCTP ve dTTP - proteinleri bir araya getiren
• Zincir sonlandırıcılar A, T, C ve G her baz için sonlandırıcı nükleotitler olarak da adlandırılan boya renkli nükleotidlerdir.

Sanger, DNA polimeraz enzimini kullanarak DNA'yı küçük parçalara ayırmanın yolunu buldu.

Daha sonra bir şablondan daha fazla DNA yaptı ve ayrılmış ipliklerin bölümlerini ayırmak için yeni DNA'ya radyoaktif izleyiciler yerleştirdi. Ayrıca enzimin, şablon iplikteki belirli bir noktaya bağlanabilecek bir primere ihtiyacı olduğunu fark etti. 1981'de Sanger, mitokondriyal DNA'nın 16.000 baz çiftinin genomunu bularak yeniden tarih yazdı.

Sıralama işlemi boyunca sıcaklık dikkatli bir şekilde ayarlanmalıdır. İlk olarak, bir tüpe kimyasallar eklenir ve çift sarmallı yapıyı çözmek (denatüre etmek) için ısıtılır. DNA molekülü. Daha sonra sıcaklık soğutularak astarın bağlanması sağlanır.

Ardından, optimum DNA polimeraz (enzim) aktivitesini teşvik etmek için sıcaklık yükseltilir.

Polimeraz tipik olarak, daha yüksek bir konsantrasyonda eklenen mevcut normal nükleotidleri kullanır. Polimeraz bir "zincir sonlandırıcı" boya bağlı nükleotide ulaştığında, polimeraz durur ve zincir burada biter, bu da boyalı nükleotidlere neden "zincir sonlandırıcı" veya "sonlandırıcılar."

Süreç defalarca devam ediyor. Sonunda, boyaya bağlı nükleotit, DNA dizisinin her bir pozisyonuna yerleştirildi. Jel elektroforezi ve bilgisayar programları daha sonra DNA ipliklerinin her biri üzerindeki boya renklerini tanımlayabilir ve boyaya, boyanın konumuna ve boyanın uzunluğuna bağlı olarak tüm DNA dizisini anlayın. teller.

Yüksek verimli sıralama - genellikle olarak anılır Yeni nesil sıralama – nükleotid bazlarını her zamankinden daha hızlı ve ucuza sıralamak için yeni gelişmeler ve teknolojiler kullanır. Bir DNA dizileme makinesi, büyük ölçekli DNA uzantılarını kolayca işleyebilir. Aslında, tüm genomlar Sanger'in dizileme teknikleriyle yıllar yerine birkaç saat içinde yapılabilir.

Yeni nesil dizileme yöntemleri, dizileme için yeterli DNA elde etmek için ek bir amplifikasyon veya klonlama adımı olmadan yüksek hacimli DNA analizini gerçekleştirebilir. DNA dizileme makineleri, daha ucuz ve daha hızlı olan birden fazla dizileme reaksiyonunu aynı anda çalıştırır.

Esasen, yeni DNA dizileme teknolojisi, daha sonra diziyi bir araya getiren bir bilgisayar programı aracılığıyla çalıştırılan küçük, kolay okunabilir bir mikroçip üzerinde yüzlerce Sanger reaksiyonunu çalıştırır.

Teknik daha kısa DNA parçalarını okur, ancak yine de Sanger'in dizileme yöntemlerinden daha hızlı ve daha verimlidir, bu nedenle büyük ölçekli projeler bile hızla tamamlanabilir.

İnsan Genom Projesi2003 yılında tamamlanan dizileme çalışmaları bugüne kadar yapılmış en ünlü dizileme çalışmalarından biridir. 2018 tarihli bir makaleye göre Bilim Haberleri, insan genomu yaklaşık olarak 46.831 gen, dizi için zorlu bir meydan okumaydı. Dünyanın dört bir yanından en iyi bilim adamları, işbirliği ve danışmanlık için neredeyse 10 yıl harcadılar. Ulusal İnsan Genom Araştırması öncülüğünde

Enstitü, proje, isimsiz kan bağışçılarından alınan bileşik bir örnek kullanarak insan genomunun haritasını başarıyla çıkardı.

İnsan Genom Projesi, baz çiftlerini haritalamak için bakteriyel yapay kromozom (BAC tabanlı) dizileme yöntemlerine dayanıyordu. Teknik, DNA parçalarını klonlamak için bakterileri kullandı, bu da dizileme için büyük miktarlarda DNA ile sonuçlandı. Klonlar daha sonra boyut olarak küçültüldü, bir dizileme makinesine yerleştirildi ve insan DNA'sını temsil eden uzantılar halinde birleştirildi.

Genomikteki yeni keşifler, hastalıkların önlenmesi, tespiti ve tedavisine yönelik yaklaşımları derinden değiştiriyor. Hükümet DNA araştırmalarına milyarlarca dolar ayırdı. Kolluk kuvvetleri, davaları çözmek için DNA analizine güvenir. Ataları araştırmak ve sağlık riskleri oluşturabilecek gen varyantlarını belirlemek için evde kullanım için DNA test kitleri satın alınabilir:

• genomik analiz yaşam alanlarındaki ve krallıklarındaki birçok farklı türün genom dizilerini karşılaştırmayı ve karşılaştırmayı gerektirir. DNA dizilimi, belirli dizilerin evrimsel olarak ne zaman tanıtıldığına yeni ışık tutan genetik kalıpları ortaya çıkarabilir. Soy ve göç, DNA analizi yoluyla izlenebilir ve tarihi kayıtlarla karşılaştırılabilir.

• Tıptaki gelişmeler neredeyse her insan hastalığının genetik bir bileşeni olduğu için üstel bir oranda gerçekleşiyor. DNA dizilimi, bilim adamlarının ve doktorların birden fazla genin birbiriyle ve çevreyle nasıl etkileşime girdiğini anlamasına yardımcı olur. Bir hastalık salgınına neden olan yeni bir mikrobun DNA'sını hızlı bir şekilde sıralamak, sorun ciddi bir halk sağlığı sorunu haline gelmeden önce etkili ilaçların ve aşıların belirlenmesine yardımcı olabilir. Kanser hücrelerindeki ve tümörlerdeki gen varyantları sıralanabilir ve bireyselleştirilmiş gen terapileri geliştirmek için kullanılabilir.

• Adli bilim Uygulamalar, 1980'lerin sonlarından bu yana kolluk kuvvetlerinin binlerce zor davayı çözmesine yardımcı olmak için kullanıldı. Ulusal Adalet Enstitüsü. Suç mahalli kanıtları, suçluluk veya masumiyetin belirlenmesine yardımcı olmak için bir şüphelinin DNA profiliyle karşılaştırılabilecek kemik, saç veya vücut dokusundan DNA örnekleri içerebilir. Polimeraz zincir reaksiyonu (PCR), dizilemeden önce eser kanıtlardan DNA kopyaları yapmak için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir.

• Yeni keşfedilen türlerin sıralanması hangi diğer türlerin en yakından ilişkili olduğunu belirlemeye yardımcı olabilir ve evrim hakkında bilgi verebilir. Taksonomistler, organizmaları sınıflandırmak için DNA “barkodlarını” kullanır. Göre Gürcistan Üniversitesi Mayıs 2018'de, henüz keşfedilmemiş tahmini 303 memeli türü var.

• Hastalıklar için genetik testler mutasyona uğramış gen varyantlarını arayın. Çoğu, tek nükleotid polimorfizmleridir (SNP'ler), bu da dizideki yalnızca bir nükleotidin "normal" versiyondan değiştirildiği anlamına gelir. Çevresel faktörler ve yaşam tarzı, belirli genlerin nasıl ve nasıl ifade edildiğini etkiler. Küresel şirketler, dünyanın dört bir yanındaki çok genli etkileşimler ve tüm genom dizilimi ile ilgilenen araştırmacıların kullanımına son teknoloji yeni nesil dizileme teknolojilerini sunuyor.

• Şecere DNA kitleri Bir bireyin genlerindeki varyantları kontrol etmek için veri tabanlarındaki DNA dizilerini kullanır. Kit, analiz için ticari bir laboratuvara gönderilen bir tükürük örneği veya yanak çubuğu gerektirir. Ata bilgilerine ek olarak, bazı kitler tek nükleotid polimorfizmlerini (SNP'ler) veya diğer kadın memesi için yüksek risk ile ilişkili BRCA1 ve BRCA2 genleri gibi iyi bilinen genetik varyantlar ve Yumurtalık kanseri.

Yeni teknolojiler genellikle zararın yanı sıra sosyal fayda olasılığı ile birlikte gelir; örnekler, arızalı nükleer santralleri ve nükleer kitle imha silahlarını içerir. DNA teknolojileri de risklerle birlikte gelir.

CRISPR gibi DNA dizileme ve gen düzenleme araçlarıyla ilgili duygusal kaygılar, teknoloji insan klonlamasını kolaylaştırabilir veya bir haydut tarafından yaratılan mutant transgenik hayvanlara yol açabilir. Bilim insanı.

Daha sık olarak, DNA dizilimi ile ilgili etik sorunlar, bilgilendirilmiş onamla ilgilidir. Doğrudan tüketiciye yönelik DNA testine kolay erişim, tüketicilerin genetik bilgilerinin nasıl kullanılacağını, saklanacağını ve paylaşılacağını tam olarak anlayamayabileceği anlamına gelir. Sıradan insanlar, kusurlu gen varyantlarını ve sağlık risklerini öğrenmeye duygusal olarak hazır olmayabilir.

İşverenler ve sigorta şirketleri gibi üçüncü şahıslar, ciddi tıbbi sorunlara yol açabilecek kusurlu genleri taşıyan bireylere karşı potansiyel olarak ayrımcılık yapabilir.