DNA 시퀀싱
DNA 시퀀싱에 대해 들어 본 적이 있습니까? 예를 들어, 인간 게놈 시퀀싱은 2003 년에 수년간의 국제적인 노력으로 달성되었습니다. 그러나 게놈의 시퀀싱 또는 심지어 작은 DNA 조각은 무엇을 의미합니까?
DNA 시퀀싱이란 무엇입니까?
DNA 시퀀싱은 DNA 덩어리에서 뉴클레오티드의 염기의 서열을 인식하고있다. 다시 말해, DNA 시퀀싱은 DNA의 분자를 형성하는 "염기"로 알려진 4 개의 기본 빌딩 블록의 서열을 찾는 것을 의미한다. 이 서열은 과학자들에게 특정 DNA의 특정 세그먼트에 실시 된 유전자 정보의 종류에 대해 알려줍니다. 과학자들이 시퀀싱 정보를 활용하여 DNA의 스트레치가 유전자를 켜거나 끄는 데 사용되는 조절 지침을 포함하는 스트레칭과 어떤 스트레칭이 포함되어 있는지 알아낼 수 있다고 가정 해 봅시다. 또한, 중요한 것은 서열 데이터가 질병으로 이어질 수있는 유전자의 변경을 강조 할 수 있습니다.
DNA의 이중 나선 구조에서, DNA의 4 개의 염기는 항상 같은 것과 짝을 이루어 "베이스 쌍"을 제공합니다. 아데닌 (A) (A)는 티민 (T) 및 시토신 (C)과 짝을 이루어 구아닌 (G)과 쌍을 이룬다. 이 페어링은 세포 분열이 발생할 때 DNA 분자가 복제되는 방법의 기본이다. 페어링은 또한 DNA 시퀀싱과 관련된 대부분의 실험이 수행되는 방법의 기본입니다. 인간 게놈은 수십억의 기본 쌍을 가지고있어 인간의 형태를 만들고 유지하기위한 지침을 제공합니다.
요즘 올바른 장비와 재료를 갖춘 짧은 DNA 서열 차트를 시퀀싱하는 것이 가능해졌습니다. 그러나, 전체 게놈 (유기체의 DNA)을 시퀀싱하는 것은 여전히 어려운 작업으로 남아있다. 여기에는 게놈의 DNA 서열 차트를 많은 작은 조각으로 나누고 조각을 시퀀싱하고 서열을 단일 긴 "컨센서스"로 배열하는 것이 포함됩니다. 지난 수십 년 동안 개발 된 현대적인 방법 덕분에 게놈 시퀀싱은 이제 인간 게놈 프로젝트보다 훨씬 빠르고 저렴합니다.
이 논의에서, 우리는 DNA 시퀀싱에 사용 된 방법을 살펴볼 것입니다. 우리는 하나의 신뢰할 수있는 방법 인 Sanger 시퀀싱에 중점을 둘 것이지만, 비용을 줄이고 대규모 DNA 시퀀싱의 속도를 가속화 한 새로운 (“차세대”) 방법에 대해서도 논의 할 것입니다.
.Sanger 시퀀싱 :체인 방법의 종료
Sanger 시퀀싱은 약 900 개의 염기 쌍을 갖는 DNA 서열 차트의 단편을 서열하는 데 일상적으로 사용되는 DNA 시퀀싱 기술이다. 그것은 체인의 종료라고도 불리며 1977 년 영국 프레드 팬거 (Fred Sanger)와 그의 파트너의 과학자에 의해 개발되었습니다.
Sanger 시퀀싱 방법은 인간 게놈의 프로젝트에서 인간의 DNA 조각의 서열을 찾기 위해 사용되었다. 이 조각들은 반드시 900 개의베이스 쌍이 이하는 아니지만 과학자들은 여러 라운드의 Sanger 시퀀싱을 사용하여 각 조각을 해독 할 수 있습니다. DNA의 일부는 그들의 일치하는 부분에 따라 정렬되어 DNA의 더 큰 부분의 서열과 마지막으로 전체 염색체의 서열을 해독했다.
.비록 지금 게놈은 일반적으로 다른 더 빠르고 경제적으로 유리한 방법으로 시퀀싱 되더라도 여전히 Sanger 시퀀싱은 DNA의 클로닝에 사용되거나 PCR을 통해 생성 된 단편과 같은 개별 DNA 조각을 시퀀싱하는 데 널리 사용됩니다.
.Sanger 시퀀싱을위한 성분
Sanger 시퀀싱은 DNA의 표적 영역의 수많은 복제본을 생성해야합니다. 그것은 시험 관내에서 DNA를 복제하는 PCR 또는 PCR에 필요한 성분과 동일한 성분을 가지고 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
- DNA 폴리머 라제라는 효소
- 프라이머는 템플릿 DNA와 연결되고 폴리머 라제의 초보자처럼 기능하는 단일 가닥 DNA의 짧은 조각입니다.
- 4 개의 DNA 뉴클레오티드.
- 시퀀싱을 겪어야하는 DNA
- Sanger 시퀀싱의 반응은 특정 성분, 즉 dideoxy, 4 개의 뉴클레오티드 버전, 각각 다른 색상의 염료로 표지되어 있습니다.
이 뉴클레오티드는 일반 뉴클레오티드와 유사하지만, 하나의 주요 차이점 :설탕 고리의 3 '말단에 탄소에 하이드 록실기가 없다. 정상 뉴클레오티드에서, 3 '말단의 히드 록실기는 "후크"로 기능하여 기존 사슬에 추가 해야하는 새로운 뉴클레오티드에 대한 접근을 허용한다.
.디 옥시 뉴클레오티드가 사슬에 첨가 된 후, 하이드 록실은 이용할 수 없으며, 더 이상 뉴클레오티드를 첨가 할 수 없다. 사슬은 기저 (a, t, c 또는 g)에 기초하여 특정 색상의 염료로 표시된 디 옥시 뉴클레오티드로 끝납니다.
.Sanger 시퀀싱 방법
서열화 될 DNA의 샘플은 프라이머, DNA 폴리머 라제 및 뉴클레오티드와 튜브에서 혼합된다. 4 개의 염료-표지, 사슬-종료 다드 옥시 뉴클레오티드도 그것과 결합되지만 일반 뉴클레오티드보다 적은 양으로.
첫째, 혼합물은 고온을 거쳐 템플릿 DNA 서열의 변성을 유발하고 가닥을 분리시킨다. 그런 다음 프라이머가 단일 가닥 템플릿과 결합 할 수 있도록 온도가 내려집니다. 프라이머가 결합 된 후 온도가 다시 증가하여 DNA 폴리머 라제가 프라이머로부터 시작하여 새로운 DNA를 생성 할 수있게한다. DNA 폴리머 라제는 정상적인 것 대신 dideoxynucleotide가 첨가 될 때까지 쇄에 뉴클레오티드를 계속 첨가한다. 그 후, 더 이상의 뉴클레오티드를 첨가 할 수없고, 가닥은 dideoxy nucleotide로 완료됩니다.
이 과정은 여러 주기로 반복해서 반복됩니다. 사이클링이 완료되면, 적어도 하나의 반응에서 표적 상보 적 DNA 서열의 모든 위치에서 다드 옥시 뉴클레오티드가 결합 될 것이라는 것이 실제로 보장된다. 이는 튜브가 다른 길이의 단편을 갖고, 원래 상보적인 DNA 서열에서 각 뉴클레오티드 위치에서 닫는다는 것을 의미한다. 단편의 말단은 최종 뉴클레오티드를 지정하는 염료로 표시됩니다.
차세대 시퀀싱
이름이 스타 트렉처럼 들리는 것을 궁금해한다면, 그것이 그것이 불리는 것입니다! DNA 시퀀싱 기술의 가장 현대적인 세트는 총체적으로 차세대 시퀀싱이라고합니다.
다른 기술을 사용하는 다양한 차세대 시퀀싱 기술을 사용할 수 있습니다. 그러나 대부분의 사람들은 Sanger 시퀀싱과 차별화하는 공통된 특성을 가지고 있습니다.
크게 평행 :시퀀싱의 여러 반응이 동시에 발생합니다
마이크로 스케일 :반응은 작고, 많은 사람들이 칩에서 한 번에 수행 될 수 있습니다
빠른 :반응은 병렬로 수행되기 때문에 결과는 훨씬 빨리 준비됩니다
저비용 :게놈 시퀀싱은 Sanger 시퀀싱보다 저렴합니다
길이가 짧습니다 :읽기는 일반적으로 50-700
입니다길이의 뉴클레오티드
새로운 시퀀싱 기술이 개발되고 있습니까?
하나의 새로운 시퀀싱 기술은 DNA (우리 세포에서 새로운 DNA 사본을 만드는 것과 동일한 분자)를 복제 할 때 DNA 폴리머 라제 분자를 관찰하고 매우 빠르고 효율적인 영화 카메라와 현미경을 통합하고 다른 색상의 다른 밝은 염료를 각각 다른 색상의 다른 밝은 염료로 통합하여 문자 A, T, C 및 G에 대해 각각 다른 색상의 정보를 제공합니다.
개발의 또 다른 현대 기술은 DNA 시퀀싱에 나노 포어를 사용하는 것인데, 이는 매우 작은 막이 기공을 통해 단일 가닥의 DNA 시퀀서를 스레딩하는 것을 포함한다. 상보적인 DNA 서열의 기초는 나노 포어를 통해 압축 할 때 한 번에 하나씩 걸어갑니다. 염기는 이온에 대한 결과의 차이와 기공을 통해 흐르는 전류를 추정함으로써 지적됩니다. DNA 프로파일이 DNA 시퀀싱을 사용하는 것에 나노 포어를 사용하면 현재 기술에 비해 많은 잠재적 이점이 있습니다. 목표는 시퀀싱 비용을 줄이고 더 빨리 수행하는 것입니다. 현재 시퀀싱 방법과 달리, 나노 포어 DNA 프로파일은 DNA 시퀀싱을 이용하여 연구자들이 동일한 분자를 반복적으로 연구 할 수 있도록합니다.
결론
의사 사무실에서 DNA 시퀀싱을 사용하는 일상적인 DNA 프로파일은 여전히 널리 퍼진 꿈이지만, 일부 대형 의료 센터는 시퀀싱을 사용하여 일부 의학적 상태를 진단하고 치료하기 시작했습니다. 예를 들어, 암의 경우, 의사는 특정 암 유형 A 환자를 식별하기 위해 시퀀싱 데이터를 점차 사용하고 있습니다. 이를 통해 의사는 더 나은 치료 선택을 할 수 있습니다. 효모 및 침팬지와 같은 다양한 유형의 동물과 유기체의 게놈 서열을 구별하면 발달과 진화의 생물학에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
1. DNA 시퀀싱은 얼마나 새로운가?
인간 게놈 프로젝트의 실행 후, 기술 발전은 속도를 향상시키고 개별 유전자가 일상적으로 시퀀싱 될 수있는 지점으로 비용을 줄였습니다. 일부 실험실은 매년 1 억 10 천억 기반 이상을 시퀀싱 할 수 있으며, 완전한 게놈을 수천 달러에 시퀀싱 할 수 있습니다.
2. 인간 건강에 DNA 시퀀싱의 중요성은 무엇입니까?
연구원들은 이제 1 백만 염기 이상의 대형 DNA 시퀀서 스트레치를 더 빠르고 저렴한 개인과 더 빠르고 저렴하게 구별 할 수 있습니다. 이러한 비교는 의학적 조건에 대한 감수성과 환경 요인에 대한 반응에서 상속의 역할에 관한 막대한 양의 정보를 제공 할 수 있습니다. 또한 게놈을 더 빠르고 비용 효율적으로 진단 및 치료에 대한 방대한 잠재력을 생성하는 능력.
3. Sanger 시퀀싱의 용도와 한계는 무엇입니까?
Sanger 시퀀싱은 비교적 긴 DNA 스트레칭 (최대 약 900 개의 염기 쌍)에 대한 고품질 서열을 보여줍니다. 그것은 일반적으로 박테리아의 플라스미드 또는 PCR에서 복제 된 DNA와 같은 개별 DNA 시퀀서 조각을 서열하는 데 사용됩니다.
그러나 Sanger 시퀀싱의 한계는 대규모 프로젝트, 예를 들어 전체 게놈 또는 메타 게놈의 시퀀싱에 비싸고 비효율적이라는 것입니다. 현대적인 대규모 시퀀싱 기술은 그러한 작업에 대해 더 빠르고 저렴합니다.
