همه چیز درباره توالی یابی DNA

توالی یابی DNA که به احتمال قریب به یقین آن را تحت عنوان DNA Sequencing نیز می شناسید، یکی از اساسی ترین مباحث علم بیو محسوب می شود. در راستای تاکید بر اهمیت تکنیک توالی یابی، قصد داریم مقاله حاضر را به آشنایی با این مبحث کاربردی اختصاص داده و جیک و پوک دی اِن اِی و تعیین توالی آن را کف دستتان بگذاریم. اگر مشتاق یادگیری این مطلب هستید، بسم الله!

آشنایی با مفهوم توالی یابی DNA

توالی یابی DNA یا اصطلاحا تعیین توالی دی اِن اِی؛ روشی کاربردی برای شناسایی ترتیب قرارگیری نوکلئوتیدها و بازهای آلی در مولکول های دی ان ای می باشد. اگر کم و بیش از زیست و زیست شناسی سر در بیاورید، حتما می دانید که DNA نام مستعار و مختصر شده دئوکسی نوکلئوتید اسید است. این ماده وراثتی که به وفور در سلول های موجود در بدن انسان و سایر موجودات زنده یافت می شود، در اندامکی تحت عنوان هسته سلول واقع شده است. توجه به این نکته ضروری است که بخش قابل توجهی از ژنوم در سیتوپلاسم و در اندامک میتوکندری قرار گرفته است. از این نوع دی ان ای با نام DNA میتوکندریایی یاد می کنند. میتوکندری اندامکی کاربردی است که انرژی موجود در مواد غذایی را به نوعی انرژی قابل استفاده برای سلول ها تبدیل می کند.

اگر بخواهیم اطلاعات مفیدی در رابطه با توالی DNA در اختیارتان بگذاریم، باید بگوییم که این توالی متشکل از 4 نوکلئوتید زیر است:

• باز آلی آدنین (A)
• باز آلی گوانین (G)
• باز آلی سیتوزین (C)
• باز آلی تیمین (T)

نکته جالب توجه درباره DNA انسان این است که از حدود 3 بیلیون باز تشکیل شده است. جالب تر این که بیش از 99 درصد از این بازها بین انسان های مختلف یکسان هستند. یعنی 99 درصد محتویات بازی دی ان ای بنده، شبیه دی ان ای شماست. ولی دی ان ای من و شما از زمین تا آسمان با یکدیگر فرق دارند. می دانید این تفاوت ها از کجا نشات می گیرد؟

آنچه با وجود مشترک بودن اکثر قریب به اتفاق محتویات بازی دی ان ای، باعث ایجاد تفاوت می گردد؛ توالی یا ترتیب قرارگیری بازها است. نحوه قرارگیری بازها در کنار یکدیگر می تواند ترکیبات مختلفی پدید آورد که دست بر قضا از نظر حیاتی نیز بسیار حائز اهمیت هستند. شما می توانید با استفاده از تکنیک توالی یابی DNA این ترکیبات را شناسایی نموده و نتایج حاصل را در راستای انجام تحقیقات گسترده مورد استفاده قرار دهید.

چرا DNA دو رشته ای است؟!

آیا تا به حال به این مسئله اندیشیده اید که چرا DNA یک مولکول دو رشته ای است؟!

جالب و در عین حال لازم است بدانید که بازهای آلی موجود در ساختار مولکول دی ان ای از قابلیت جفت شدن با یکدیگر و تشکیل جفت بازها برخوردار هستند. این موضوع زمینه دو رشته ای شدن مولکول های DNA را فراهم ساخته است. برای مثال باز آدنین موجود در این مولکول با باز باز تیمین جفت می شود. در سوی مقابل دو باز گوانین و سیتوزین نیز با یکدیگر جفت شده و بدین ترتیب موجبات دو رشته ای شدن این مولکول وراثتی را مهیا می کنند.

هنگامی که بازهای آلی با قند و فسفات ترکیب می شوند، ماده ای تحت عنوان نوکلئوتید که اصلی ترین واحد سازنده مولکول DNA است، تولید می کنند. اگر جویای ساختار این مولکول های حیاتی هستید، باید خدمتتان عرض کنیم که دی ان ای ها:

ماکرومولکول هایی دو رشته ای با ساختاری مارپیچ و نردبانی شکل می باشند. پله های این نردبان همان بازهایی هستند که با یکدیگر جفت شده اند. بدنه این نردبان را نیز مولکول های قند و فسفات تشکیل می دهند. اصلی ترین وظیفه ای که این ماکرومولکول فوق کاربردی بر عهده دارد؛ حمل اطلاعات ژنتیکی لازم برای عملکرد و تکوین انسان و دیگر میکروارگانیسم ها است.

آشنایی مختصر و مفید با ساختار اسیدهای نوکلئیک

برای آن که درک مبحث توالی یابی DNA برایتان ساده تر شود، بهتر است ابتدا به طور مختصر، اما مفید ساختار اسیدهای نوکلئیک را مورد بررسی قرار دهیم. همان طور که پیش تر نیز اشاره کردیم، نوکلئوتیدها اصلی ترین قسمت تشکیل دهنده ساختار مولکول های دو رشته ای دی ان ای بوده و شامل سه بخش زیر هستند:

• باز آلی (آدنین، گوانین، سیتوزین، تیمین)
• یک عدد فسفات
• یک عدد مولکول قند پنج کربنه (این قند از نوع دئوکسی ریبوز می باشد.)

نظرتان در رابطه با آشنایی با ژن ها چیست؟!

ژن چیست؟

اهالی حوزه بیو بهتر از هر کسی که در این دنیا زندگی می کند، با ژن ها آشنایی دارند. ژن که یک واحد فیزیکی و عملکردی وراثت است، دستورالعمل های مورد نیاز برای ساخت پروتئین را در خود جای می دهد. جالب است بدانید که محققان در پروژه ای تحت عنوان پروژه ژنوم انسان که هدف از انجام آن توالی یابی کل ژن ها بوده است؛ بیش از 20000 تا 25000 ژن مختلف را شناسایی و توالی یابی کرده اند.

شما و هر فردی مانند شما دارای دو نسخه از هر ژن هستید. یکی از این نسخه ها از پدر و دیگری از مادر به شما به ارث رسیده است. گفتنی است که در اکثر مواقع توالی ژن ها در افراد گوناگون یکسان است. با این حالی گاهی ایجاد تغییرات ناگهانی در توالی بازهای آلی، زمینه پیدایش تفاوت های چشمگیر و جهش های ژنتیکی قابل توجه را فراهم می سازد. نکته قابل توجه این است که از طریق توالی یابی می توان خیلی ساده و سریع جهش های ژنتیکی را شناسایی کرد.

ژن های کد کننده پروتئین متشکل از دو بخش مختلف زیر هستند:

• اگزون
• اینترون

حتما می پرسید اگزون چیست؟ اینترون چه کاربردی دارد؟!

اگر بخواهیم خیلی ساده و صریح خدمتتان عرض کنیم، چنین می گوییم: نواحی ای که در حین ویرایش RNA از توالی حذف می شوند، اینترون نامیده می شوند. اگزون ها نیز نواحی ای هستند که به یکدیگر متصل شده و در راستای سنتز پروتئین مورد استفاده قرار می گیرند. بروز هر نوع تغییر یا جهش در ساختار مولکول دی ان ای، تغییر توالی نوکلئوتیدها را در پی خواهد داشت. علت اصلی بروز اغلب بیماری های ژنتیکی که افراد را به خود درگیر می نمایند، وقوع جهش در نواحی اگزونی است.

توالی یابی DNA

روش های متعدد و متنوع بسیاری وجود دارند که از طریق آن ها می توانید به توالی یابی DNA بپردازید. همان طور که شما بهتر از ما در جریان هستید، هر موجود زنده DNA منحصر به فرد و مخصوص خود را دارد. حتی دوقلوهای کاملا همسان نیز از این قاعده مستثنی نیستند. جالب است بدانید که توالی اسیدهای نوکلئیک در یک مولکول دی ان ای، توالی اسیدهای آمینه پروتئین و بدن را تحت تاثیر قرار می دهد. به همین دلیل ممکن است که یک فرد در اثر بروز جهش و ایجاد تغییر در توالی دی ان ای، به بیماری هایی نظیر سرطان مبتلا شود. با این اوصاف اگر بگوییم توالی یابی DNA نقش مهمی در تشخیص سرطان های گوناگون دارد، گزاف نگفته ایم. تا بدین جا به اهمیت توالی یابی DNA ایمان آوردید؟!

توالی یابی سنگر؛ یکی از متداول ترین روش های توالی یابی DNA

توالی یابی سنگر که یکی از کارآمدترین و مرسوم ترین روش های توالی یابی DNA محسوب می شود، نخستین بار در سال 1977 میلادی توسط فردریک سنگر و همکارانش به جهانیان معرفی شد. فردریک به احترام خود و به پاس زحمات ارزشمندش این روش را تحت عنوان روش سنگر نامگذاری کرد! این روش که بر مبنای خاتمه یافتن سنتز زنجیره با به کارگیری دی دئوکسی نوکلئوتید استوار است، از سه مرحله اصلی تشکیل شده است. این مراحل به قرار زیرند:

• آماده کردن توالی DNA الگو به منظور انجام PCR
• جدا ساختن قطعات با استفاده از ژل الکتروفورز
• تعیین توالی DNA از طریق آنالیز قطعات تفکیک شده

این تنها یکی از روش های پربازده توالی یابی DNA است که به وفور در سراسر دنیا مورد استفاده قرار می گیرد. سایر روش های موجود در این زمینه عبارتند از:

• توالی یابی کلی ژنوم
• توالی یابی با بازدهی بالا
• توالی یابی به روش ماکسام گیلبرت
• روش اختتام زنجیره
• توالی یابی تفنگ ژنی
• پل واکنش زنجیره پلیمراز
• MPSS
• …

روش های توالی یابی DNA