Садржај
- Геномика и секвенција ДНК
- Дефиниција секвенце ДНК
- ДНК секвенција: рана истраживања
- Највећа амбиција Сангера била је секвенционирање великих гена, читавих генома, али секвенционирање минуциозних парова бактериофага се смањило у поређењу са секвенцирањем 3 милијарде базних парова људског генома. Ипак, учење како секвенцирати читав геном ниско бактериофага био је главни корак ка спајању читавог генома људских бића. Будући да се ДНК и хромозоми састоје од милиона основних парова, већина метода секвенцирања раздваја ДНК у мале нити, и онда се ДНК сегменти састављају заједно; Потребно је само време или брзе, софистициране машине.
- Основе ДНК секвенцирања
- Методе секвенце ДНК: Сангер методе
- Други узбудљиви развој био је начин сачмарице који је насумично узорковао и секвенционирао до 700 парова база истовремено. Сангер је такође познат по употреби дидеокси (дидеоксинуклеотидне) методе која убацује нуклеотид који завршава ланцем током синтезе ДНК да би обележила делове ДНК ради анализе. Видеоксинуклеотиди ремете активност ДНК полимеразе и спречавају изградњу нуклеотида на низу ДНК.
- Кораци секвенце ДНК
- Напредак у технологији секвенце ДНК
- Пројект Људски геном
- Остали примери секвенцирања ДНК
- Етичке импликације секвенцирања ДНК
Нуклеотиди су хемијски градивни елементи живота и налазе се у ДНК живих организама. Сваки нуклеотид се састоји од шећер, фосфат и а база која садржи азот: аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц) и гванин (Г). Специфични редослед ових нуклеотидних база одређује које ће протеине, ензиме и молекуле ћелија синтетизовати.
Одређивање редоследа или редоследа нуклеотида важно је за проучавање мутација, еволуције, напредовања болести, генетичког тестирања, форензичке истраге и медицине.
Геномика и секвенција ДНК
Геномицс је проучавање ДНК, гена, интеракција гена и утицаја околине на гене. Тајна откривања сложених унутрашњих дела гена је у могућности да се препозна њихова структура и локација на хромозомима.
Плава боја живих организама одређена је редоследом (или редоследом) парова база нуклеинских киселина у ДНК. Када се ДНК реплицира, аденин се парова са тимином и цитозин са гванином; сматрају се неусклађени парови мутације.
Откад је молекул двоструке спирале деоксирибонуклеинске киселине (ДНК) концептуализован 1953. године, направљена су драматична побољшања у области геномике и секвенце великог обима ДНК. Научници марљиво раде на примени овог новог знања у индивидуализованом лечењу болести.
Истовремено, текуће дискусије омогућавају истраживачима да остану испред етичких импликација тако брзо експлодирајућих технологија.
Дефиниција секвенце ДНК
Секвенцирање ДНК је процес откривања секвенце различитих нуклеотидних база у исјечцима ДНК. Секвенција целог гена омогућава поређење хромозома и генома присутних код исте и различитих врста.
Мапирање хромозома корисно је за научна истраживања. Анализирајући механизме и структуру гена, алела и хромосомских мутација у молекулама ДНК, на пример, предлажемо нове начине лечења генетских поремећаја и заустављање раста карцинома.
ДНК секвенција: рана истраживања
Фредерицк Сангер-ове методе секвенцирања ДНК увелико напредовао поље геномике почев од 1970-их. Сангер се осећао спремним да се бори против секвенце ДНК након што је успешно секвенционирао РНА током проучавања инсулина. Сангер није први научник који се бавио секвенцирањем ДНК. Међутим, његове паметне методе секвенцирања ДНК - развијене у тандему с колегама Бергом и Гилбертом - добиле су Нобелову награду 1980. године.
Највећа амбиција Сангера била је секвенционирање великих гена, читавих генома, али секвенционирање минуциозних парова бактериофага се смањило у поређењу са секвенцирањем 3 милијарде базних парова људског генома. Ипак, учење како секвенцирати читав геном ниско бактериофага био је главни корак ка спајању читавог генома људских бића. Будући да се ДНК и хромозоми састоје од милиона основних парова, већина метода секвенцирања раздваја ДНК у мале нити, и онда се ДНК сегменти састављају заједно; Потребно је само време или брзе, софистициране машине.
Основе ДНК секвенцирања
Сангер је знао потенцијалну вредност свог рада и често је сарађивао са другим научницима који су делили његова интересовања за ДНК, молекуларну биологију и науку о животу.
Иако су спори и скупи у поређењу са данашњим технологијама секвенцирања, Сангерове ДНК методе секвенцирања су се тада хвалиле. Након покушаја и грешке, Сангер је пронашао тајни биохемијски „рецепт“ за одвајање ланаца ДНК, стварање више ДНК и утврђивање редоследа нуклеотида у геному.
Квалитетни материјали се могу лако набавити за употребу у лабораторијским студијама:
Методе секвенце ДНК: Сангер методе
Сангер је смислио како да исече ДНК на мале сегменте користећи ензим ДНК полимеразу.
Потом је направио више ДНК-а од шаблона и убацио радиоактивне трагаче у нову ДНК како би разменио делове одвојених нити. Такође је препознао да је ензиму потребан прајмер који би се могао везати за одређено место на ланцу шаблона. Године 1981. Сангер је поново направио историју откривши геном 16.000 базних парова митохондрија.
Други узбудљиви развој био је начин сачмарице који је насумично узорковао и секвенционирао до 700 парова база истовремено. Сангер је такође познат по употреби дидеокси (дидеоксинуклеотидне) методе која убацује нуклеотид који завршава ланцем током синтезе ДНК да би обележила делове ДНК ради анализе. Видеоксинуклеотиди ремете активност ДНК полимеразе и спречавају изградњу нуклеотида на низу ДНК.
Кораци секвенце ДНК
Температура мора бити пажљиво подешена током процеса одвајања. Прво, хемикалије се додају у епрувету и греју да се одвоји (денатура) дволанчани молекул ДНК. Затим се температура охлади, омогућавајући везивању прајмера.
Затим се температура подиже да би се подстакла оптимална активност ДНК полимеразе (ензима).
Полимераза обично користи доступне нормалне нуклеотиде који се додају у већој концентрацији.Када полимераза дође до нуклеотида везаног за бојање који се завршава ланцем, полимераза се зауставља и ланац се завршава на њој, што објашњава зашто се обојени нуклеотиди називају „завршетак ланца“ или „терминатори“.
Процес се наставља много, много пута. На крају, нуклеотид повезан са бојом је постављен на сваки положај ДНК секвенце. Гел електрофореза и компјутерски програми тада могу идентификовати боје боје на свакој од ДНК ланаца и одредити читав низ ДНК на основу боје, положаја боје и дужине нити.
Напредак у технологији секвенце ДНК
Секвенце високе пропусности - углавном се назива следеће генерације - користи нова унапређења и технологије за секвенционирање нуклеотидних база брже и јефтиније него икад раније. Машина за секвенцирање ДНК лако може да поднесе велике делове ДНК. У ствари, читави геноми могу бити урађени за неколико сати, уместо година са Сангеровим техникама секвенцирања.
Методе секвенцирања следеће генерације могу да се баве ДНК анализом великог обима без додатног корака амплификације или клонирања како би се добило довољно ДНК за секвенцирање. Машине за секвенцирање ДНК истодобно покрећу више реакција секвенцирања, што је јефтиније и брже.
У суштини, нова технологија секвенцирања ДНК покреће стотине Сангерових реакција на малом, лако читљивом микрочипу који се затим покреће кроз компјутерски програм који саставља низ.
Техника чита краће фрагменте ДНК, али је и даље бржа и ефикаснија од Сангерових метода секвенцирања, тако да чак и велики пројекти могу бити брзо завршени.
Пројект Људски геном
Тхе Хуман Геноме Пројецт, завршена 2003. године, једна је од најпознатијих студија секвенцирања урађена до данас. Према чланку из 2018 Сциенце Невс, људски геном се састоји отприлике 46,831 гена, што је био огроман изазов секвенци. Врхунски научници из целог света провели су скоро 10 година сарађујући и консултујући. Водила Национална истраживања о људском геному
Институт, пројекат је успешно пресликао људски геном помоћу композитног узорка узетог од анонимних давалаца крви.
Пројект Људски геном ослањао се на методе бактеријског вештачког хромозома (засноване на БАЦ) да би пресликали базне парове. Техника је користила бактерије за клонирање фрагмената ДНА, што је резултирало великим количинама ДНК за секвенцирање. Затим су клонови смањени по величини, смештени у машину за секвенцирање и састављени у делове који представљају људску ДНК.
Остали примери секвенцирања ДНК
Нова открића у геномици дубоко мењају приступе превенцији, откривању и лечењу болести. Влада је издвојила милијарде долара за ДНК истраживање. За спровођење закона ослања се на ДНК анализу. Комплети за ДНК тестирање могу се купити за кућну употребу ради истраживања рода и идентификације варијанти гена који могу представљати ризик за здравље:
Етичке импликације секвенцирања ДНК
Нове технологије често долазе са могућношћу социјалне користи, али и штете; примери укључују неисправне нуклеарне електране и нуклеарно оружје за масовно уништење. ДНК технологије такође долазе са ризицима.
Емоционална забринутост због секвенце ДНК и алата за уређивање гена попут ЦРИСПР укључује страх да би технологија могла олакшати клонирање људи или довести до мутираних трансгених животиња које је створио лопов научник.
Чешће, етичка питања везана за секвенцирање ДНК имају везе са информираним пристанком. Једноставан приступ ДНК директном тестирању значи да потрошачи можда неће у потпуности разумети како ће се њихове генетске информације користити, складиштити и делити. Лаици можда нису емоционално спремни да науче о њиховим неисправним варијантама гена и здравственим ризицима.
Треће стране, попут послодаваца и осигуравајућих кућа, могу потенцијално дискриминисати појединце који носе оштећене гене који могу створити озбиљне медицинске проблеме.