توالی‌یابی: تفاوت میان نسخه‌ها
ابرابزار |
اصلاح برچسب‌ها: افزودن پیوند بیرونی به جای ویکی‌پیوند ویرایشگر دیداری ویرایش همراه ویرایش از وبگاه همراه ویرایش پیشرفتهٔ همراه |
||
| خط ۱: | خط ۱: | ||
''توالی‌یابی (Sequencing) |
'''توالی‌یابی''' (به [[زبان انگلیسی|انگلیسی]]: Sequencing)، در علم [[ژنتیک]] و [[بیوشیمی]]، به معنی تشخیص ساختار داخلی یک [[بسپار]] (نظیر ترتیب [[نوکلئوتید]]های سازنده ی [[دی‌ان‌ای]]) است. نتیجهٔ این فرایند، دستیابی به توالی ساختارهای مختلف اتمی در بسپار است که نمایانگر ساختار توالی مولکول در سطح اتمی می‌باشد. توالی‌یابی [[دی‌ان‌ای]] باید سه ویژگی داشته باشد ۱-مکمل بودن ۲-وارون بودن ۳-زوج نوکلئوتید بودن. |
||
انواع متنوعی از |
انواع متنوعی از توالی‌یابی وجود دارد که عبارت‌اند از: |
||
* |
* [[توالی‌یابی دی‌ان‌ای]] |
||
* |
* [[توالی‌یابی آران‌ای]] |
||
* توالی‌یابی [[پروتئین]] |
* توالی‌یابی [[پروتئین]] |
||
* توالی‌یابی [[پلی‌ساکارید]] |
|||
== توالی‌یابی |
== توالی‌یابی دی‌ان‌ای == |
||
{{اصلی|توالی‌یابی دی‌ان‌ای}} |
|||
توالی DNA فرایند تعیین ترتیب نوکلئوتیدها در یک قطعه دی‌ان‌ای داده شده‌است. تاکنون بیشتر از روشی که فردریک سنگر ابداع کرده‌است، استفاده شده‌است. در این تکنیک از لایه‌های نوکئوتیدی اصلاح شده به کمک خاتمه توالی خاص، بهره گرفته شده‌است. البته روش‌های جدید دیگری همانند تکنیک پیروسکوکن نیز مورد استفاده قرار گرفته‌است. |
|||
توالی دی‌ان‌ای، فرایند تعیین ترتیب [[نوکلئوتید|نوکلئوتیدها]] در یک قطعه دی‌ان‌ای است. برای انجام توالی‌یابی، معمولاً از روش [[توالی‌یابی به روش سنگر]] ابداع‌شده توسط [[فردریک سنگر]]، استفاده می‌شود. در این تکنیک از لایه‌های نوکئوتیدی اصلاح‌شده به کمک خاتمه ی توالی خاص، بهره گرفته شده‌است. البته روش‌های جدید دیگری همانند تکنیک [[تعیین توالی به‌وسیله پیروفسفات]] نیز مورد استفاده قرار گرفته‌است. درحال حاضر به کمک روش پیروفسفات، داده‌های زیادی تولید شده‌است که در دسترس قرار دارند. در یکبار اجرای این روش، [[ژنوم]] یک [[باکتری]] توالی‌یابی می‌شود. همچنین اخیراً ژنوم [[جیمز واتسون]] به کمک این روش، توالی‌یابی شده‌است.<ref>{{Cite journal|last=Wheeler|first=David A.|last2=Srinivasan|first2=Maithreyan|last3=Egholm|first3=Michael|last4=Shen|first4=Yufeng|last5=Chen|first5=Lei|last6=McGuire|first6=Amy|last7=He|first7=Wen|last8=Chen|first8=Yi-Ju|last9=Makhijani|first9=Vinod|date=2008-04-17|title=The complete genome of an individual by massively parallel DNA sequencing|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18421352/|journal=Nature|volume=452|issue=7189|pages=872–876|doi=10.1038/nature06884|issn=1476-4687|pmid=18421352}}</ref> توالی دی‌ان‌ای، اطلاعات مهم و ضروری برای ادامه ی [[زندگی]] و [[تولید مثل|تولیدمثل]] [[جاندار|جانداران]] را رمز می‌کند؛ بنابراین توالی‌یابی دی‌ان‌ای جانداران، برای پی بردن به چرایی و چگونگی برخی اتفاقات در زندگی یک موجود زنده و تولید مثل آن بسیار حائز اهمیت و مورد استفاده‌است. به کمک اطلاعات استخراج‌شده از دی‌ان‌ای، بسیاری از [[اختلال ژنتیکی|بیماری‌های ژنتیکی]] تشخیص داده و به درمان آن نیز کمک می‌کند. همچنین تحقیق و مطالعه ی عوامل [[بیماری‌زا]] نیز در درمان بیماری‌های [[سرایت (پزشکی)|واگیردار]] مؤثر است. علم [[زیست‌فناوری|بیوتکنولوژی]]، به این مسائل می‌پردازد. کارلسون پیش‌بینی کرد سرعت دو برابر شدن فناوری توالی‌یابی، حداقل به اندازه ی [[قانون مور]] خواهد بود. منحنی کارلسون کاهش هزینه و افزایش کارایی با سرعت زیاد را در تکنیک‌های توالی‌یابی نشان می‌دهد.<ref>{{Cite journal|last=Carlson|first=Robert|date=2003|title=The pace and proliferation of biological technologies|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15040198/|journal=Biosecurity and Bioterrorism: Biodefense Strategy, Practice, and Science|volume=1|issue=3|pages=203–214|doi=10.1089/153871303769201851|issn=1538-7135|pmid=15040198}}</ref> |
|||
درحال حاضر به کمک روش سنگر، داده‌های زیادی تولید شده‌است که در دسترس قرار دارند. در یکبار اجرا ژنوم باکتری توالی یابی می‌شود. همچنین ژنوم فردی به نام جیمز واتسون به کمک این روش توالی یابی شده‌است. |
|||
توالی DNA، اطلاعات مهم و ضروری برای ادامه حیات و تولیدمثل موجودات را رمز می‌کند؛ بنابراین توالی‌یابی DNA موجودات برای پی بردن به چرایی و چگونگی برخی اتفاقات در حیات موجود زنده و تولید مثل آن‌ها، بسیار حائز اهمیت و مورد استفاده‌است. به‌طور مثال در داروسازی، کمک اطلاعات استخراج شده از دی‌ان‌ای، بسیاری از بیماری‌های ژنتیکی تشخیص داده و به درمان آن نیز کمک می‌کند. همچنین تحقیق و مطالعه عوامل بیماری‌زا نیز در درمان بیماری‌های واگیردار مؤثر خواهدبود. رشته بیوتکنولوژی که یک رشته نسبتاً جدید است به این مسائل می‌پردازد. |
|||
کارلسون پیش‌بینی کرد سرعت دو برابر شدن فناوری توالی یابی حداقل به اندازه قانون مور خواهد بود. منحنی کارلسون کاهش هزینه و افزایش کارایی با سرعت زیاد در تکنیک‌های توالی یابی نشان می‌دهد. |
|||
=== روش فردریک سنجر (خاتمه زنجیره) === |
=== روش فردریک سنجر (خاتمه ی زنجیره) === |
||
{{اصلی|توالی‌یابی به روش سنگر}} |
|||
| ⚫ | اساس این تکنیک استفاده از آنالوگ‌های شیمیایی نوکلئوتیدی بود که فاقد گروه OH بر روی کربن ′۳ خود برای گسترش زنجیره |
||
[[File:Sequencing.jpg|پیوند=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Sequencing.jpg|راست|بندانگشتی|بخشی از یک ژل توالی‌یابی نشان‌دار شده با [[واپاشی هسته‌ای|رادیواکتیو]]]] |
|||
دقت، قدرت و سهولت در روش خاتمه زنجیره یا توالی‌یابی سنگر باعث شد این تکنیک برای سال‌های متمادی مورد استفاده قرار گیرد. |
|||
| ⚫ | اساس این تکنیک استفاده از آنالوگ‌های شیمیایی نوکلئوتیدی بود که فاقد گروه OH بر روی [[کربن]] ′۳ خود برای گسترش زنجیره ی دی‌ان‌ای هستند و نمی‌توانند با ′۵ [[فسفات]] بعدی خود واکنش دهند؛ بنابراین هنگامی که در زنجیره ی در حال تکثیر [[نوکلئیک اسید|اسید نوکلئیک]] قرار گیرند واکنش، متوقف خواهد شد. ترکیب ddNTPها همراه با غلظت‌های مشخص از dNTP استاندارد در واکنش سنتز دی‌ان‌ای منجر به تولید رشته‌های دی‌ان‌ای با طول‌های مختلف می‌شود (تولید رشته‌هایی که تنها در یک نوکلئوتید تفاوت طول دارند). این تکنیک نیازمند دی‌ان‌ای تک‌رشته‌ای به‌عنوان الگو است که با استفاده از [[فاژمید|فاژمیدها]] حاصل می‌شود. دی‌ان‌ای تک‌رشته‌ای به همراه سایر مواد مورد نیاز سنتز دی‌ان‌ای به چهار [[لوله آزمایش]] که هر کدام حاوی یک نوع باز ddNTP است انتقال داده می‌شود. ddNTPها به‌طور تصادفی توسط آنزیم [[دی‌ان‌ای پلیمراز]] به رشته ی در حال ساخت افزوده می‌شوند. نهایتاً در هر لوله آزمایش قطعاتی با طول مختلف تولید می‌شود. قطعات تولیدشده بر روی [[ژل]] [[پلی‌اکریل‌آمید]] اجرا می‌شوند و با استفاده از [[اتورادیوگرافی|اتورادیوگراف]] بر روی ژل ظاهر می‌شوند. دقت، قدرت و آسانی در روش خاتمه ی زنجیره یا توالی‌یابی سنگر باعث شد این تکنیک برای سال‌های متمادی مورد استفاده قرار گیرد. |
||
== توالی‌یابی آران‌ای == |
|||
== توالی یابی RNA == |
|||
{{اصلی|توالی‌یابی آران‌ای}} |
|||
آران‌ای‌ها در [[یاخته|سلول‌ها]] ناپایدارتر هستند و همچنین در برابر [[آنزیم|آنزیم‌های]] [[نوکلئاز]] که در آزمایش‌ها استفاده می‌شوند، آسیب‌پذیرتر هستند. آران‌ای نتیجهٔ [[رونویسی (ژنتیک)|رونویسی]] دی‌ان‌ای است. هرچند کل اطلاعات ژنتیکی در دی‌ان‌ای وجود دارد ولی گاهی لازم است که [[آران‌ای]] هم توالی‌یابی شود. |
|||
== توالی‌یابی پروتئین == |
== توالی‌یابی پروتئین == |
||
روش‌های متنوعی برای توالی‌یابی پروتئین‌ها |
روش‌های متنوعی برای توالی‌یابی [[پروتئین|پروتئین‌ها]] به‌کار گرفته می‌شود که عبارت‌اند از: |
||
* Edman degradation |
* Edman degradation |
||
* شناسایی جرمی پپتیدها (به انگلیسی: Peptide mass fingerprinting) |
* شناسایی جرمی پپتیدها (به انگلیسی: Peptide mass fingerprinting) |
||
| خط ۲۶: | خط ۲۷: | ||
* هضم [[پروتئاز]] (به انگلیسی: Protease digests) |
* هضم [[پروتئاز]] (به انگلیسی: Protease digests) |
||
== کاربردهای دیگر |
== کاربردهای دیگر توالی‌یابی == |
||
سایر کاربردهای |
سایر کاربردهای توالی‌یابی شامل بررسی تعامل Long non-coding RNA و کروماتین، تعیین نواحی باز یا در دسترس یوکروماتین یا ChIRP-seq و نیز کاربرد در حوزه ی [[متاژنومیکس]] است. متاژنومیکس شناسایی و مطالعه ی [[ژنوم|ماده ژنتیکی]] میکروبی است که به‌طور مستقیم از نمونه‌های محیطی به‌دست آمده‌است. شناسایی [[جاندار|جانداران]] موجود در یک محیط خاص برای تحقیقات [[بوم‌شناسی]]، [[بیماری‌شناسی]] و [[میکروبیولوژی|میکروب‌شناسی]] حیاتی است. توالی‌یابی به محققان این امکان را می‌دهد تا به‌عنوان مثال، انواع [[میکروب|میکروب‌های]] موجود در یک [[میکروبیوم‌ها|میکروبیوم]] را شناسایی کنند. |
||
[[رده:روش‌های بیوشیمی]] |
[[رده:روش‌های بیوشیمی]] |
||
نسخهٔ ۴ ژوئن ۲۰۲۲، ساعت ۱۵:۱۸
توالی‌یابی (به انگلیسی: Sequencing)، در علم ژنتیک و بیوشیمی، به معنی تشخیص ساختار داخلی یک بسپار (نظیر ترتیب نوکلئوتیدهای سازنده ی دی‌ان‌ای) است. نتیجهٔ این فرایند، دستیابی به توالی ساختارهای مختلف اتمی در بسپار است که نمایانگر ساختار توالی مولکول در سطح اتمی می‌باشد. توالی‌یابی دی‌ان‌ای باید سه ویژگی داشته باشد ۱-مکمل بودن ۲-وارون بودن ۳-زوج نوکلئوتید بودن.
انواع متنوعی از توالی‌یابی وجود دارد که عبارت‌اند از:
- توالی‌یابی دی‌ان‌ای
- توالی‌یابی آران‌ای
- توالی‌یابی پروتئین
- توالی‌یابی پلی‌ساکارید
توالی‌یابی دی‌ان‌ای
توالی دی‌ان‌ای، فرایند تعیین ترتیب نوکلئوتیدها در یک قطعه دی‌ان‌ای است. برای انجام توالی‌یابی، معمولاً از روش توالی‌یابی به روش سنگر ابداع‌شده توسط فردریک سنگر، استفاده می‌شود. در این تکنیک از لایه‌های نوکئوتیدی اصلاح‌شده به کمک خاتمه ی توالی خاص، بهره گرفته شده‌است. البته روش‌های جدید دیگری همانند تکنیک تعیین توالی به‌وسیله پیروفسفات نیز مورد استفاده قرار گرفته‌است. درحال حاضر به کمک روش پیروفسفات، داده‌های زیادی تولید شده‌است که در دسترس قرار دارند. در یکبار اجرای این روش، ژنوم یک باکتری توالی‌یابی می‌شود. همچنین اخیراً ژنوم جیمز واتسون به کمک این روش، توالی‌یابی شده‌است.[۱] توالی دی‌ان‌ای، اطلاعات مهم و ضروری برای ادامه ی زندگی و تولیدمثل جانداران را رمز می‌کند؛ بنابراین توالی‌یابی دی‌ان‌ای جانداران، برای پی بردن به چرایی و چگونگی برخی اتفاقات در زندگی یک موجود زنده و تولید مثل آن بسیار حائز اهمیت و مورد استفاده‌است. به کمک اطلاعات استخراج‌شده از دی‌ان‌ای، بسیاری از بیماری‌های ژنتیکی تشخیص داده و به درمان آن نیز کمک می‌کند. همچنین تحقیق و مطالعه ی عوامل بیماری‌زا نیز در درمان بیماری‌های واگیردار مؤثر است. علم بیوتکنولوژی، به این مسائل می‌پردازد. کارلسون پیش‌بینی کرد سرعت دو برابر شدن فناوری توالی‌یابی، حداقل به اندازه ی قانون مور خواهد بود. منحنی کارلسون کاهش هزینه و افزایش کارایی با سرعت زیاد را در تکنیک‌های توالی‌یابی نشان می‌دهد.[۲]
روش فردریک سنجر (خاتمه ی زنجیره)
اساس این تکنیک استفاده از آنالوگ‌های شیمیایی نوکلئوتیدی بود که فاقد گروه OH بر روی کربن ′۳ خود برای گسترش زنجیره ی دی‌ان‌ای هستند و نمی‌توانند با ′۵ فسفات بعدی خود واکنش دهند؛ بنابراین هنگامی که در زنجیره ی در حال تکثیر اسید نوکلئیک قرار گیرند واکنش، متوقف خواهد شد. ترکیب ddNTPها همراه با غلظت‌های مشخص از dNTP استاندارد در واکنش سنتز دی‌ان‌ای منجر به تولید رشته‌های دی‌ان‌ای با طول‌های مختلف می‌شود (تولید رشته‌هایی که تنها در یک نوکلئوتید تفاوت طول دارند). این تکنیک نیازمند دی‌ان‌ای تک‌رشته‌ای به‌عنوان الگو است که با استفاده از فاژمیدها حاصل می‌شود. دی‌ان‌ای تک‌رشته‌ای به همراه سایر مواد مورد نیاز سنتز دی‌ان‌ای به چهار لوله آزمایش که هر کدام حاوی یک نوع باز ddNTP است انتقال داده می‌شود. ddNTPها به‌طور تصادفی توسط آنزیم دی‌ان‌ای پلیمراز به رشته ی در حال ساخت افزوده می‌شوند. نهایتاً در هر لوله آزمایش قطعاتی با طول مختلف تولید می‌شود. قطعات تولیدشده بر روی ژل پلی‌اکریل‌آمید اجرا می‌شوند و با استفاده از اتورادیوگراف بر روی ژل ظاهر می‌شوند. دقت، قدرت و آسانی در روش خاتمه ی زنجیره یا توالی‌یابی سنگر باعث شد این تکنیک برای سال‌های متمادی مورد استفاده قرار گیرد.
توالی‌یابی آران‌ای
آران‌ای‌ها در سلول‌ها ناپایدارتر هستند و همچنین در برابر آنزیم‌های نوکلئاز که در آزمایش‌ها استفاده می‌شوند، آسیب‌پذیرتر هستند. آران‌ای نتیجهٔ رونویسی دی‌ان‌ای است. هرچند کل اطلاعات ژنتیکی در دی‌ان‌ای وجود دارد ولی گاهی لازم است که آران‌ای هم توالی‌یابی شود.
توالی‌یابی پروتئین
روش‌های متنوعی برای توالی‌یابی پروتئین‌ها به‌کار گرفته می‌شود که عبارت‌اند از:
- Edman degradation
- شناسایی جرمی پپتیدها (به انگلیسی: Peptide mass fingerprinting)
- طیف‌سنجی جرمی
- هضم پروتئاز (به انگلیسی: Protease digests)
کاربردهای دیگر توالی‌یابی
سایر کاربردهای توالی‌یابی شامل بررسی تعامل Long non-coding RNA و کروماتین، تعیین نواحی باز یا در دسترس یوکروماتین یا ChIRP-seq و نیز کاربرد در حوزه ی متاژنومیکس است. متاژنومیکس شناسایی و مطالعه ی ماده ژنتیکی میکروبی است که به‌طور مستقیم از نمونه‌های محیطی به‌دست آمده‌است. شناسایی جانداران موجود در یک محیط خاص برای تحقیقات بوم‌شناسی، بیماری‌شناسی و میکروب‌شناسی حیاتی است. توالی‌یابی به محققان این امکان را می‌دهد تا به‌عنوان مثال، انواع میکروب‌های موجود در یک میکروبیوم را شناسایی کنند.
- ↑ Wheeler, David A.; Srinivasan, Maithreyan; Egholm, Michael; Shen, Yufeng; Chen, Lei; McGuire, Amy; He, Wen; Chen, Yi-Ju; Makhijani, Vinod (2008-04-17). "The complete genome of an individual by massively parallel DNA sequencing". Nature. 452 (7189): 872–876. doi:10.1038/nature06884. ISSN 1476-4687. PMID 18421352.
- ↑ Carlson, Robert (2003). "The pace and proliferation of biological technologies". Biosecurity and Bioterrorism: Biodefense Strategy, Practice, and Science. 1 (3): 203–214. doi:10.1089/153871303769201851. ISSN 1538-7135. PMID 15040198.