تعیین توالی دی‌ان‌ای

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

توالی یابی دی ان ای[ویرایش]

چیدمان نوکلئوتیدهای آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین در مادیزهء دی.ان.ای. را می‌توان با بکارگیری روشها و فناوریهای گوناگونی شناسایی کرد.[۱]

توالی یابی DNA (به انگلیسی DNA Sequencing) فرایندی برای تعیین دقیق ترتیب نوکلئوتیدهای درون مولکول DNA می‌باشد. توالی یابی شامل هر روش یا فناوری ای است که ترتیب چهار باز آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین را در یک رشته از DNA تعیین می‌کند. ظهور روش‌های توالی یابی سریع DNA تا حد زیادی به تحقیقات و اکتشافات در زیست‌شناسی و پزشکی کمک کرده‌است. دانش توالی یابی DNA برای تحقیقات زیست‌شناسی پایه، به یک ضرورت تبدیل شده‌است و در زمینه‌های کاربردی متعددی مانند تشخیص پزشکی، بیوتکنولوژی، پزشکی قانونی، ویروس‌شناسی و زیست‌شناسی سیستماتیک استفاده می‌شود. سرعت بالای توالی یابی که از طریق تکنولوژی‌های مدرن بدست آمده‌است برای توالی یابی کامل DNA یا ژنوم گونه‌های مختلف جانوران همچون ژنوم انسان، بسیاری از حیوانات، گیاهان، و گونه‌های میکروبی مورد استفاده قرار گرفته‌است. در اوایل دههٔ ۱۹۷۰ توالی یابی DNA برای اولین بار توسط محققان دانشگاهی با استفاده از روش دشوار کروماتوگرافی دو بعدی به دست آمد. به دنبال توسعهٔ روش‌های مبتنی بر فلوئورسانس روش‌هایی ابداع گردیده که در آنها از یک توالی یاب دی ان ای استفاده می‌شود،[۲] به کمک این توالی یاب‌ها، توالی یابی DNA آسان‌تر و سریع تر شده‌است.[۳]

کاربردها[ویرایش]

توالی یابی DNA می‌تواند برای تعیین توالی ژن‌های خاص، نواحی ژنتیکی بزرگ (به عنوان مثال خوشه‌های ژنی یا اپرون‌هاکروموزوم‌ها یا کل ژنوم هر موجودی استفاده شود. تعیین توالی DNA کارآمدترین راه برای توالی یابی RNA یا پروتئین (از طریق قالب‌های خوانش باز) می‌باشد. در واقع، توالی یابی DNA یک تکنولوژی کلیدی در بسیاری از گرایش‌های زیست‌شناسی از جمله زیست‌شناسی مولکولی و زیست‌شناسی تکاملی و علوم دیگر مانند متاژنومیکس پزشکی، پزشکی قانونی یا انسان‌شناسی است.

چهار باز متعارف[ویرایش]

ساختار متعارف DNA شامل چهار باز تیمین (T)، آدنین (A)، سیتوزین (C) و گوانین (G) می‌باشد. توالی یابی DNA تعیین ترتیب فیزیکی این بازها در یک مولکول DNA است. با این حال، بازهای دیگری نیز می‌توانند در این مولکول وجود داشته باشند. در برخی از ویروس‌ها (به طور خاص باکتریوفاژ)، سیتوزین می‌تواند با متیل هیدروکسی یا سیتوزین گلوکز متیل هیدروکسی جایگزین شود.[۴] در DNA پستانداران، بازهای مختلف با گروه‌های متیل یا فسفوسولفات نیز می‌توانند یافت شوند.[۵][۶] بسته به روش توالی یابی، تغییرات خاص مانند باز ۵ متیل سیتوزین که در انسان متداول است می‌تواند شناسایی شود.[۷]

روش‌های توالی یابی DNA[ویرایش]

روش‌های مختلفی برای توالی یابی DNA وجود دارد که اسامی آن‌ها در ذیل آورده شده‌است:

  • روش‌های اولیه توالی یابی DNA

- توالی یابی کل ژنوم (Sequencing of full genomes) - روش‌های توالی یابی با بازدهی بالا (High-throughput sequencing (HTP) methods)

  • روش‌های پایه

- توالی یابی به روش ماکسام گیلبرت - روش اختتام زنجیره (Chain-termination methods)

  • روش‌های پیشرفته و توالی یابی از نو

- توالی یابی تفنگ ژنی - Bridge PCR

  • روش‌های با برون ده بالا

- Massively parallel signature sequencing (MPSS)

- Polony sequencing

- pyrosequencing

- Illumina (Solexa) sequencing

- SOLiD sequencing

- Ion Torrent semiconductor sequencing

- DNA nanoball sequencing

- Heliscope single molecule sequencing

- Single molecule real time (SMRT) sequencing

- Nanopore DNA sequencing

  • روش‌های در حال توسعه

- Tunnelling currents DNA sequencing

- Sequencing by hybridization

- Sequencing with mass spectrometry

- Microfluidic Sanger sequencing

- Microscopy-based techniques

- RNAP sequencing

- In vitro virus high-throughput sequencing

منابع[ویرایش]

  1. http://en.wikipedia.org/wiki/DNA_sequencing
  2. 1. Olsvik O, Wahlberg J, Petterson B, Uhlén M, Popovic T, Wachsmuth IK, Fields PI (January 1993). "Use of automated sequencing of polymerase chain reaction-generated amplicons to identify three types of cholera toxin subunit B in Vibrio cholerae O1 strains". J. Clin. Microbiol. 31 (1): 22–25. PMC 262614. PMID 7678018.
  3. 2. Pettersson E, Lundeberg J, Ahmadian A (February 2009). "Generations of sequencing technologies". Genomics. 93 (2): 105–11. doi:10.1016/j.ygeno.2008.10.003. PMID 18992322.
  4. 3. Moréra, Solange; Larivière, Laurent; Kurzeck, Jürgen; Aschke-Sonnenborn, Ursula; Freemont, Paul S; Janin, Joël; Rüger, Wolfgang (August 2001). "High resolution crystal structures of T4 phage β-glucosyltransferase: induced fit and effect of substrate and metal binding". Journal of Molecular Biology. 311 (3): 569–577. doi:10.1006/jmbi.2001.4905. PMID 11493010.
  5. 4. Ehrlich, Melanie; Gama-Sosa, Miguel A. ; Huang, Lan-Hsiang; Midgett, Rose Marie; Kuo, Kenneth C. ; McCune, Roy A. ; Gehrke, Charles (1982). "Amount and distribution of 5-methylcytosine in human DNA from different types of tissues or cells". Nucleic Acids Research. 10 (8): 2709–2721. doi:10.1093/nar/10.8.2709. PMC 320645. PMID 7079182.
  6. Ehrlich, M; Wang, R. (19 June 1981). "5-Methylcytosine in eukaryotic DNA". Science. 212 (4501): 1350–1357. Bibcode:1981Sci...212.1350E. doi:10.1126/science.6262918. PMID 6262918.
  7. 6. Song, Chun-Xiao; Clark, Tyson A; Lu, Xing-Yu; Kislyuk, Andrey; Dai, Qing; Turner, Stephen W; He, Chuan; Korlach, Jonas (20 November 2011). "Sensitive and specific single-molecule sequencing of 5-hydroxymethylcytosine". Nature Methods. 9 (1): 75–77. doi:10.1038/nmeth.1779. PMC 3646335. PMID 22101853.