Nukleotider är de kemiska byggstenarna i livet och finns i DNA från levande organismer. Varje nukleotid består av en socker, fosfat och en kväveinnehållande bas: adenin (A), tymin (T), cytosin (C) och guanin (G). Den specifika ordningen för dessa nukleotidbaser avgör vilka proteiner, enzymer och molekyler som kommer att syntetiseras av cellen.
Bestämning av ordningen, eller sekvensen av nukleotider, är viktig för studien av mutationer, evolution, sjukdomsprogression, genetisk testning, kriminalteknisk undersökning och medicin.
Genomics och DNA Sequencing
Genomics är studien av DNA, gener, geninteraktioner och miljöpåverkan på gener. Hemligheten med att avslöja de komplexa inre funktionerna hos gener är att kunna identifiera deras struktur och placering på kromosomer.
Blueprint av levande organismer bestäms av ordningen (eller sekvensen) av nukleinsyrabaspar i DNA. När DNA replikeras, parar adenin med tymin och cytosin med guanin; felaktiga par betraktas som mutationer Sedan den dubbla helix-deoxiribonukleinsyramolekylen (DNA) konceptualiserades 1953 har dramatiska förbättringar gjorts inom området genomik och storskalig DNA-sekvensering. Forskare arbetar flitigt för att tillämpa denna nya kunskap på individualiserad behandling av sjukdomar. Samtidigt tillåter pågående diskussioner forskare att ligga före de etiska konsekvenserna av så snabbt exploderande teknik. DNA-sekvensering är processen för att upptäcka sekvensen för olika nukleotidbaser i DNA-utdrag. Genom sekvensering med hel gen gör det möjligt att jämföra kromosomer och genom i samma och olika arter. Kartläggning av kromosomer är användbart för vetenskaplig forskning. Analys av mekanismerna och strukturen för gener, alleler och kromosomala mutationer i DNA-molekyler tyder på nya sätt att behandla genetiska störningar och stoppa tillväxten av cancer, till exempel. Frederick Sangers DNA-sekvenseringsmetoder avancerade kraftigt området för genomik från 1970-talet. Sanger kände sig redo att ta itu med DNA-sekvensering efter framgångsrik sekvensering av RNA när han studerade insulin. Sanger var inte den första forskaren som dabbade i DNA-sekvensering. Men hans smarta DNA-sekvenseringsmetoder - utvecklade i takt med kollegorna Berg och Gilbert - fick ett Nobelpris 1980. Sanger visste det potentiella värdet av sitt arbete och samarbetade ofta med andra forskare som delade hans intressen i DNA, molekylärbiologi och livsvetenskap. Trots att det är långsamt och dyrt jämfört med dagens sekvenseringstekniker, lovades Sangers DNA-sekvenseringsmetoder vid den tiden. Efter prövning och fel hittade Sanger det hemliga biokemiska ”receptet” för att separera DNA-strängar, skapa mer DNA och identifiera ordningen på nukleotider i ett genom. Material av hög kvalitet kan lätt köpas för användning i laboratorium studier: Sanger räknade ut hur man skulle skära DNA i små segment med hjälp av enzymet DNA-polymeras. Han gjorde sedan mer DNA från en mall och infogade radioaktiva spårare i det nya DNA: t för att avgränsa delar av de separerade strängarna. Han insåg också att enzymet behövde en grundare som kunde binda till en specifik plats på mallsträngen. 1981 gjorde Sanger igen historia genom att räkna ut genomet av mitokondriellt DNA: s 16 000 baspar. En annan spännande utveckling var hagelgevärmetoden som slumpmässigt samplade och sekvenserade upp till 700 baspar samtidigt. Sanger är också känd för sin användning av dideoximetoden (dideoxynukleotid) -metoden som sätter in en kedjeavslutande nukleotid under DNA-syntes för att markera delar av DNA för analys.Dideoxynukleotider stör DNA-polymerasaktiviteten och förhindrar nukleotider från att byggas vidare till en DNA-sträng. Temperaturen måste justeras noggrant under hela sekvenseringsprocessen. Först tillsätts kemikalier till ett rör och värms för att avlägsna (denaturera) den dubbelsträngade DNA-molekylen. Därefter kyls temperaturen, så att primern kan bindas. Därefter höjs temperaturen för att uppmuntra optimal DNA-polymerasaktivitet (enzym). Polymeras använder vanligen de tillgängliga normala nukleotiderna, som är tillsattes vid en högre koncentration. När polymeras kommer till en "kedjeavslutande" färgämnekopplad nukleotid, stoppas polymeraset, och kedjan slutar där, vilket förklarar varför de färgade nukleotiderna kallas "kedjeterminerande" eller "terminatorer." Processen fortsätter många, många gånger. Så småningom har den färgade kopplade nukleotiden placerats vid varje enskild position i DNA-sekvensen. Gelelektrofores och datorprogram kan sedan identifiera färgfärgerna på var och en av DNA-strängarna och räkna ut hela DNA-sekvensen baserad på färgämnet, färgämnets position och strängarnas längd. Sekvensering med hög genomströmning - allmänt kallad nästa generations sekvensering Nästa generations sekvenseringsmetoder kan hantera DNA-analys med hög volym utan det kompletterade steget med amplifiering eller kloning till få tillräckligt med DNA för sekvensering. DNA-sekvenseringsmaskiner kör flera sekvenseringsreaktioner samtidigt, vilket är billigare och snabbare. I grund och botten kör den nya DNA-sekvenseringsteknologin hundratals Sanger-reaktioner på en liten, lättläsbar mikrochip som sedan körs genom en dator program som monterar sekvensen. Tekniken läser kortare DNA-fragment, men det är fortfarande snabbare och mer effektivt än Sangers sekvenseringsmetoder, så även stora projekt kan snabbt slutföras. Projektet Human Genome, som avslutades 2003, är en av de mest kända sekvensstudierna som hittills gjorts. Enligt en artikel 2018 Science News Institute, kartlade projektet framgångsrikt det mänskliga genomet med hjälp av ett sammansatt prov taget från anonyma blodgivare. Human Genome Project förlitade sig på bakteriell artificiell kromosom (BAC -baserade) sekvenseringsmetoder för att kartlägga baspar. Tekniken använde bakterier för att klona DNA-fragment, vilket resulterade i stora mängder DNA för sekvensering. Klonerna reducerades sedan i storlek, placerades i en sekvenseringsmaskin och monterades i sträckor som representerade humant DNA. Nya upptäckter inom genomik ändrar kraftigt metoder för förebyggande, upptäckt och behandling av sjukdomar. Regeringen har satsat miljarder dollar på DNA-forskning. Brottsbekämpning förlitar sig på DNA-analys för att lösa fall. DNA-testsatser kan köpas för hemmabruk för att undersöka förfäder och identifiera genvarianter som kan utgöra hälsorisker: Ny teknik har ofta möjlighet till social nytta och skada. exempel inkluderar funktionshindrade kärnkraftverk och massförstörelsevapen. DNA-teknologier medför också risker. Känslomässiga oro för DNA-sekvenserings- och genredigeringsverktyg som CRISPR inkluderar rädsla för att tekniken kan underlätta mänsklig kloning, eller leda till mutanta transgena djur skapade av en skurkforskare. Oftast har etiska frågor relaterade till DNA-sekvensering att göra med informerat samtycke. Enkel åtkomst till DNA-test direkt till konsument innebär att konsumenterna kanske inte helt förstår hur deras genetiska information kommer att användas, lagras och delas. Lika människor kanske inte är känslomässigt redo att lära sig om sina defekta genvarianter och hälsorisker. Tredje parter som arbetsgivare och försäkringsbolag kan potentiellt diskriminera individer som bär defekta gener som kan ge upphov till allvarliga medicinska problem.
.
Definition av DNA-sekvens
DNA Sequencing: Early Research
Sangers största ambition var att sekvensera storskaliga hela genom, men att sekvensera en minuscule bakteriofagens baspar blekade i jämförelse med sekvensering av 3 miljarder baspar i det mänskliga genomet. Icke desto mindre var att lära sig att sekvensera hela genomet till en låg bakteriofag ett stort steg mot att sammanföra hela genomet av människor. Eftersom DNA och kromosomer består av miljoner baspar, separerar de flesta sekvenseringsmetoder DNA i små trådar, och sedan delas DNA-segmenten samman; det tar bara tid eller snabba, sofistikerade maskiner.
Grundläggande om DNA-sekvensering
Metoder för DNA-sekvensering: Sanger Methods
DNA-sekvenseringssteg
Framsteg inom DNA-sekvenseringsteknik
- använder nya framsteg och teknik för att sekvensera nukleotidbaser snabbare och billigare än någonsin tidigare. En DNA-sekvenseringsmaskin kan enkelt hantera stora DNA-sträckor. I själva verket kan hela genomerna göras inom några timmar, istället för år med Sangers sekvenseringstekniker.
The Human Genome Project
består det mänskliga genomet av ungefär 46 831 gener, vilket var en formidabel utmaning för sekvensen. Toppforskare från hela världen tillbringade nästan tio år med att samarbeta och konsultera. Ledd av National Human Genome Research
Andra DNA-sekvensexempel -
Etiska implikationer av DNA-sekvensering
