طرق تسلسل الحمض النووي | الرسول

ما هو تسلسل الحمض النووي؟

يتضمن تسلسل الحمض النووي تحديد ترتيب اللبنات الكيميائية الأربعة – تسمى القواعد – التي تشكل جزيء الحمض النووي. التسلسل يخبر العلماء بنوع المعلومات الجينية التي يتم نقلها إلى قطعة معينة من الحمض النووي. على سبيل المثال ، يمكن للعلماء استخدام معلومات التسلسل لتحديد امتدادات الحمض النووي التي تحتوي على الجينات وأي الامتدادات تحمل التعليمات التنظيمية ، وتشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها. بالإضافة إلى ذلك ، والأهم من ذلك ، يمكن لبيانات التسلسل أن تضع دليلًا على التغييرات في الجين التي يمكن أن تسبب المرض .

في الحلزون المزدوج للحمض النووي ، ترتبط القواعد الكيميائية الأربعة دائمًا بنفس الشريك لتشكيل “أزواج قاعدية”. يقترن الأدينين (أ) دائمًا مع الثايمين (T) ؛ يرتبط السيتوزين (C) دائمًا بالجوانين (G). هذا الاقتران هو أساس الآلية التي يتم من خلالها نسخ جزيئات الحمض النووي عندما تنقسم الخلايا ، والاقتران هو أساس معظم تجارب تسلسل الحمض النووي. يحتوي الجينوم البشري على حوالي 3 مليارات زوج قاعدي تشرح تعليمات تكوين الإنسان وصيانته.[1]

طرق تسلسل الحمض النووي

تم اكتشاف تسلسل سانجر من قبل عالم الكيمياء الحيوية الإنجليزي فريدريك سانجر في السبعينيات ، وطريقة سانجر هي طريقة تقليدية لتسلسل الحمض النووي التي تستخدم ddNTPs الفلورية (ديوكسينوكليوتيدات ، NA ، T ، G أو C) لمنع “إضافة نيوكليوتيد آخر.

في المحاولات المبكرة لاستخدام طريقة سانغر ، تم تضخيم جزيء الحمض النووي أولاً باستخدام مادة أولية مميزة ثم تقسيمها إلى أربعة أنابيب اختبار ، كل منها يحتوي على نوع واحد من ddNTP ، مما يعني أن تفاعل كل خليط يحتوي على نوع واحد فقط من النيوكليوتيدات المعدلة التي يمكن أن تسبب سلسلة الإنهاء ، بمجرد اكتمال التفاعلات الأربعة ، سيخضع خليط جزيئات الحمض النووي الناتجة عن إنهاء السلسلة لرحلان كهربائي على هلام بولي أكريلاميد وسيتم فصله وفقًا لطوله.

هناك ثلاثة تغييرات رئيسية من طريقة سانجر. الأول هو تطوير نظام خالٍ من الخلايا لاستنساخ شظايا الحمض النووي. تقليديا ، تم استنساخ امتداد الحمض النووي المطلوب تسلسله لأول مرة في بلازميد بدائية النواة وتضخيمه في البكتيريا قبل الاستخراج والتنقية.

• تسلسل متوازي

لقد حلت تقنيات التسلسل من الجيل التالي (المعروفة أيضًا باسم التسلسل المتوازي على نطاق واسع) محل تسلسل Sanger بمزايا مثل الإنتاجية العالية والفعالية من حيث التكلفة والسرعة ، ويمكن لـ NGS تحديد ترتيب ملايين الأجزاء في وقت واحد ، NGS عبارة عن قراءة قصيرة التسلسل الذي يتطلب إنشاء أجزاء صغيرة ، متبوعًا بتسلسل شامل ومعالجة مسبقة للبيانات ومحاذاة تسلسل الحمض النووي والتجميع والتحليل النهائي.

• الجيل الثالث من التسلسل

يمكن لتسلسل الجيل الثالث ، المعروف أيضًا باسم تسلسل القراءة الطويلة ، اكتشاف المزيد من الاختلافات ، والتي لا يمكن رؤية بعضها من خلال تسلسل قراءة قصير فقط.

في النهاية ، لا يزال تسلسل Sanger مفيدًا لتسلسل امتدادات طويلة نسبيًا من الحمض النووي ، خاصة في الأحجام المنخفضة ، ومع ذلك ، يمكن أن يصبح مكلفًا ويستغرق وقتًا طويلاً لأن عددًا كبيرًا من الجزيئات يجب أن يتم تسلسله بسرعة.

تطبيقات تقنيات تسلسل الحمض النووي

يكشف تسلسل الحمض النووي عن المعلومات الجينية الموجودة في جزء معين من الحمض النووي ، أو جينوم كامل ، أو ميكروبيوم معقد. يمكن للعلماء استخدام معلومات التسلسل على النحو التالي:

• تحديد الجينات والتعليمات التنظيمية الموجودة في جزيء الحمض النووي.
• يمكن التحقق من تسلسل الحمض النووي لتمييز خصائص الجينات.
• يمكن مقارنة تسلسلات الحمض النووي المتشابهة من كائنات مختلفة للتحليل التطوري بين الأنواع أو المجموعات السكانية.
• على وجه الخصوص ، يمكن أن يكشف تسلسل الحمض النووي عن التغيرات في الجين التي يمكن أن تسبب المرض.
• كما تم استخدام تسلسل الحمض النووي في الطب ، بما في ذلك تشخيص وعلاج الأمراض والدراسات الوبائية.
• التسلسل لديه القدرة على إحداث ثورة في الأمن الغذائي والزراعة المستدامة ، بما في ذلك الصحة الحيوانية والنباتية والعامة ، لتحسين الزراعة من خلال الاختيار الفعال للنباتات والحيوانات ، والحد من مخاطر الأوبئة.
• بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام تسلسل الحمض النووي لحماية وتعزيز البيئة الطبيعية للبشر والحياة البرية.[2]