İçerik
- Genomik ve DNA Sıralama
- DNA Sıralamanın Tanımı
- DNA Sıralama: Erken Araştırma
- Sanger’in en büyük hırsı, geniş çaplı bütün genomları sıralamaktı, fakat insan genomunun 3 milyar baz çiftini sıralamakla kıyaslandığında, küçük bir bakteriyofajın baz çiftlerini sıralamaktı. Bununla birlikte, düşük bir bakteriyofajın tüm genomunun nasıl sıralanacağını öğrenmek, bütün insan genomunu biraraya getirme yolunda atılmış büyük bir adımdı. daha sonra DNA segmentleri bir araya getirilir; sadece zaman alır ya da hızlı, sofistike makineler.
- DNA Sıralama Temelleri
- DNA Sıralama Yöntemleri: Sanger Yöntemleri
- Bir başka heyecan verici gelişme, aynı anda rastgele örneklenen ve bir seferde 700 baz çiftine kadar sıralanan av tüfeği metoduydu. Sanger ayrıca, analiz için DNA bölümlerini işaretlemek için DNA sentezi sırasında zincir sonlandırıcı bir nükleotit ekleyen dideoksi (dideoksinükleotit) yöntemini kullanmasıyla da bilinir.
- DNA Sıralama Adımları
- DNA Sıralama Teknolojisindeki Gelişmeler
- İnsan Genom Projesi
- Diğer DNA Sıralama Örnekleri
- DNA Sıralamasının Etik Etkileri
Nükleotitler, yaşamın kimyasal yapı taşlarıdır ve canlı organizmaların DNA'sında bulunur. Her bir nükleotid; bir şeker, fosfat ve bir azot içeren baz: adenin (A), timin (T), sitozin (C) ve guanin (G). Bu nükleotid bazların spesifik düzeni, hangi proteinlerin, enzimlerin ve moleküllerin hücre tarafından sentezleneceğini belirler.
Sıra veya nükleotid sekansının belirlenmesi, mutasyonlar, evrim, hastalığın ilerlemesi, genetik testler, adli inceleme ve ilaçların incelenmesi için önemlidir.
Genomik ve DNA Sıralama
Genomik DNA, genler, gen etkileşimleri ve genler üzerindeki çevresel etkilerin incelenmesi. Genlerin karmaşık içsel çalışmalarını çözmenin sırrı, kromozomlar üzerindeki yapılarını ve konumlarını tespit edebilmektir.
Canlı organizmaların mavisi, DNA'daki nükleik asit baz çiftlerinin sırası (veya sırası) ile belirlenir. DNA çoğaldığında adenin, timin ile çiftleşir ve guanin ile sitozin; uyumsuz çiftler dikkate alınır mutasyonlar.
Çift sarmal deoksiribonükleik asit (DNA) molekülü 1953'te kavramsallaştırıldığından, genomik ve büyük ölçekli DNA dizilimi alanında çarpıcı gelişmeler kaydedilmiştir. Bilim adamları bu yeni bilgiyi bireysel hastalıkların tedavisine uygulamak için gayretle çalışıyorlar.
Aynı zamanda, devam eden tartışmalar, araştırmacıların bu kadar hızlı patlayan teknolojilerin etik etkilerinden uzak durmalarına izin veriyor.
DNA Sıralamanın Tanımı
DNA dizilimi, DNA parçacıklarındaki çeşitli nükleotid bazların dizilişini keşfetme işlemidir. Bütün gen dizilimi, aynı ve farklı türlerde bulunan kromozomların ve genomların karşılaştırılmasını sağlar.
Kromozomları haritalamak bilimsel araştırma için faydalıdır. DNA moleküllerindeki genlerin, aleller ve kromozomal mutasyonların mekanizmalarının ve yapılarının analiz edilmesi, örneğin genetik hastalıkları tedavi etmenin ve kanserli tümör büyümesini durdurmanın yeni yollarını önermektedir.
DNA Sıralama: Erken Araştırma
Frederick Sanger’ın DNA sıralama yöntemleri 1970'lerde başlayan genomik alanını büyük ölçüde ilerletti. Sanger, insülin çalışırken RNA'yı başarıyla dizildikten sonra DNA dizilimi ile mücadele etmeye hazır hissetti. Sanger, DNA sıralamasında başını sallayan ilk bilim adamı değildi. Bununla birlikte, zeki DNA dizileme yöntemleri - meslektaşları Berg ve Gilbert ile paralel olarak geliştirilen - 1980 yılında Nobel Ödülü kazandı.
Sanger’in en büyük hırsı, geniş çaplı bütün genomları sıralamaktı, fakat insan genomunun 3 milyar baz çiftini sıralamakla kıyaslandığında, küçük bir bakteriyofajın baz çiftlerini sıralamaktı. Bununla birlikte, düşük bir bakteriyofajın tüm genomunun nasıl sıralanacağını öğrenmek, bütün insan genomunu biraraya getirme yolunda atılmış büyük bir adımdı. daha sonra DNA segmentleri bir araya getirilir; sadece zaman alır ya da hızlı, sofistike makineler.
DNA Sıralama Temelleri
Sanger çalışmasının potansiyel değerini biliyordu ve sık sık DNA, moleküler biyoloji ve yaşam bilimleriyle ilgilenen diğer bilim insanlarıyla işbirliği yaptı.
Günümüzün sıralama teknolojilerine kıyasla yavaş ve pahalı olmasına rağmen, Sanger’ın DNA sıralama yöntemleri o zamana övgüyle karşılandı. Deneme ve hatadan sonra Sanger, DNA'nın ipliklerini ayırmak, daha fazla DNA oluşturmak ve bir genomdaki nükleotitlerin sırasını belirlemek için gizli biyokimyasal “tarifi” buldu.
Laboratuvar çalışmalarında kullanılmak üzere yüksek kaliteli malzemeler satın alınabilir:
DNA Sıralama Yöntemleri: Sanger Yöntemleri
Sanger, DNA polimeraz enzimi kullanarak DNA'nın küçük parçalara nasıl kesileceğini buldu.
Daha sonra bir şablondan daha fazla DNA yaptı ve ayrılan ipliklerin bölümlerini ayırmak için yeni DNA'ya radyoaktif izleyiciler yerleştirdi. Ayrıca, enzimin, şablon teli üzerindeki belirli bir noktaya yapışabilecek bir prime ihtiyaç duyduğunu da kabul etti. 1981'de Sanger, mitokondriyal DNA’nın 16.000 baz çiftinin genomunu bularak yine tarih yazdı.
Bir başka heyecan verici gelişme, aynı anda rastgele örneklenen ve bir seferde 700 baz çiftine kadar sıralanan av tüfeği metoduydu. Sanger ayrıca, analiz için DNA bölümlerini işaretlemek için DNA sentezi sırasında zincir sonlandırıcı bir nükleotit ekleyen dideoksi (dideoksinükleotit) yöntemini kullanmasıyla da bilinir.
DNA Sıralama Adımları
Sıralama işlemi boyunca sıcaklık dikkatlice ayarlanmalıdır. İlk önce, bir tüpe kimyasallar eklenir ve çift sarmallı DNA molekülünü çözmek (denatüre etmek) için ısıtılır. Daha sonra sıcaklık soğutulur ve astarın yapışmasına izin verilir.
Daha sonra, optimal DNA polimeraz (enzim) aktivitesini teşvik etmek için sıcaklık yükseltilir.
Polimeraz tipik olarak daha yüksek bir konsantrasyonda ilave edilen normal nükleotidleri kullanır.Polimeraz boyaya bağlı bir nükleotidi "zincir sonlandırması" ne zaman elde ederse, polimeraz durur ve burada sonlanan nükleotidlerin "zincir sonlandırma" veya "sonlandırıcılar" olarak adlandırılmalarını açıklayan zincir sona erer.
Süreci birçok kez devam ediyor. Sonunda, boyaya bağlı nükleotit, DNA dizisinin her bir pozisyonuna yerleştirildi. Jel elektroforezi ve bilgisayar programları daha sonra DNA dizilerinin herbirindeki boya renklerini tanımlayabilir ve boyanın, boyanın pozisyonunun ve liflerin uzunluğuna dayanarak DNA dizisinin tamamını çözebilir.
DNA Sıralama Teknolojisindeki Gelişmeler
Yüksek verimli sıralama - genellikle Yeni nesil sıralama - nükleotid bazlarını eskisinden daha hızlı ve ucuz bir şekilde sıralamak için yeni ilerlemeler ve teknolojiler kullanır. Bir DNA dizilim makinesi, büyük ölçekli DNA uzantılarını kolayca kaldırabilir. Aslında, tüm genomlar Sanger’ın sıralama teknikleriyle yıllar yerine birkaç saat içinde yapılabilir.
Yeni nesil dizileme yöntemleri, dizileme için yeterli DNA elde etmek için ilave amplifikasyon veya klonlama aşaması olmadan yüksek hacimli DNA analizlerini gerçekleştirebilir. DNA sıralama makineleri, bir seferde daha ucuz ve daha hızlı olan birçok sıralama reaksiyonunu gerçekleştirir.
Temel olarak, yeni DNA sekanslama teknolojisi, daha sonra sekansı birleştiren bir bilgisayar programından geçen küçük, kolayca okunabilen bir mikroçipte yüzlerce Sanger reaksiyonu çalıştırır.
Bu teknik daha kısa DNA parçaları okur, ancak Sanger’in sıralama yöntemlerinden daha hızlı ve daha verimlidir, bu nedenle büyük ölçekli projeler bile hızlı bir şekilde tamamlanabilir.
İnsan Genom Projesi
İnsan Genom Projesi2003 yılında tamamlanan bugüne kadar yapılan en ünlü sıralama çalışmalarından biridir. 2018’deki bir makaleye göre Bilim Haberleriinsan genomu yaklaşık olarak oluşur 46,831 genBu, diziliş için zorlu bir mücadele oldu. Dünyanın dört bir yanından en iyi bilim insanları, yaklaşık 10 yıl boyunca işbirliği ve danışmanlık yaptılar. Ulusal İnsan Genom Araştırması Tarafından Önderlik Edildi
Enstitü, proje, anonim kan bağışçılarından alınan kompozit bir numuneyi kullanarak insan genomunu başarıyla haritaladı.
İnsan Genom Projesi, baz çiftlerini belirlemek için bakteriyel yapay kromozom (BAC bazlı) sekanslama yöntemlerine dayandı. Teknik, DNA fragmanlarını klonlamak için bakteri kullandı ve sekanslama için büyük miktarda DNA elde edildi. Klonlar daha sonra boyut olarak küçültülmüş, bir sıralama makinesine yerleştirilmiş ve insan DNA'sını temsil eden uzantılara monte edilmiştir.
Diğer DNA Sıralama Örnekleri
Genomikteki yeni keşifler, hastalığın önlenmesi, tespiti ve tedavisine yönelik yaklaşımları derinden değiştiriyor. Hükümet DNA araştırmalarına milyarlarca dolar ayırdı. Kolluk, vakaları çözmek için DNA analizine dayanmaktadır. DNA test kitleri, ataları araştırmak ve sağlık riskleri oluşturabilecek gen çeşitlerini tanımlamak için evde kullanım için satın alınabilir:
DNA Sıralamasının Etik Etkileri
Yeni teknolojiler çoğu zaman sosyal çıkarların yanı sıra zarar görmesi ihtimaliyle birlikte gelir; örnekler, hatalı çalışan nükleer santralleri ve nükleer kitle imha silahlarını içerir. DNA teknolojileri de risklidir.
DNA dizileme ve CRISPR gibi gen düzenleme araçlarıyla ilgili duygusal kaygılar arasında teknolojinin insan klonlamasını kolaylaştıracağı ya da hileli bir bilim insanı tarafından yaratılmış mutant transgenik hayvanlara yol açabileceği korkusu vardır.
Daha sık, DNA dizilimi ile ilgili etik konuların bilgilendirilmiş rıza ile yapılması gerekir. Doğrudan tüketiciye yönelik DNA testlerine kolay erişim, tüketicilerin genetik bilgilerinin nasıl kullanılacağını, saklanacağını ve paylaşılacağını tam olarak anlamadığını gösterir. Profesyonel olmayan insanlar, duygusal gen çeşitlerini ve sağlık risklerini öğrenmeye duygusal olarak hazır olmayabilirler.
İşverenler ve sigorta şirketleri gibi üçüncü şahıslar, ciddi tıbbi sorunlara yol açabilecek kusurlu gen taşıyan kişilere karşı potansiyel olarak ayrımcılık yapabilir.