طرق تسلسل الحمض النووي

كتابة: نورهان ناصر آخر تحديث: 05 أكتوبر 2021 , 16:24

ما هو تسلسل الحمض النووي

يعني تسلسل الحمض النووي تحديد ترتيب اللبنات الكيميائية الأربعة – المسماة القواعد – التي تتكون منها جزيء الحمض النووي، ويخبر التسلسل العلماء نوع المعلومات الجينية التي يتم نقلها في جزء معين من الحمض النووي، على سبيل المثال، يمكن للعلماء استخدام معلومات التسلسل لتحديد امتدادات الحمض النووي التي تحتوي على الجينات وأي الامتدادات تحمل التعليمات التنظيمية، مما يؤدي إلى تشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها، بالإضافة إلى ذلك، والأهم من ذلك ، يمكن لبيانات التسلسل أن تسلط الضوء على التغييرات في الجين التي قد تسبب المرض.

في الحلزون المزدوج للحمض النووي، ترتبط القواعد الكيميائية الأربعة دائمًا بنفس الشريك لتشكيل “أزواج قاعدية”، الأدينين(A) يقترن دائمًا مع الثايمين (T)؛ ودائمًا ما يتزاوج السيتوزين (C) مع الجوانين (G)، هذا الاقتران هو الأساس للآلية التي يتم من خلالها نسخ جزيئات الحمض النووي عندما تنقسم الخلايا، كما أن الاقتران هو الأساس للطرق التي يتم بها إجراء معظم تجارب تسلسل الحمض النووي، ويحتوي الجينوم البشري على حوالي 3 مليارات زوج قاعدي توضح التعليمات الخاصة بتكوين الإنسان والحفاظ عليه.[1]

طرق تسلسل الحمض النووي

  • تسلسل سانجر

تم اكتشاف تسلسل سانجر بواسطة عالم الكيمياء الحيوية الإنجليزي فريدريك سانجر في السبعينيات، وطريقة سانجر هي طريقة تقليدية لتسلسل الحمض النووي التي تستخدم ddNTPs الفلورية (ديديوكسينوكليوتيدات، N  A ، T ،  G ، أو C) لمنع إضافة نيوكليوتيد آخر.

في المحاولات الأولى لاستخدام طريقة سانجر، تم تضخيم جزيء الحمض النووي أولاً باستخدام برايمر مُسمى ثم تقسيمه إلى أربعة أنابيب اختبار، كل منها يحتوي على نوع واحد فقط من ddNTP، أي أن كل خليط تفاعل يحتوي على نوع واحد فقط من النيوكليوتيدات المعدلة التي يمكن أن تسبب إنهاء السلسلة، بعد اكتمال التفاعلات الأربعة، سيخضع خليط جزيئات الحمض النووي التي تم إنشاؤها بواسطة إنهاء السلسلة لرحلان كهربائي على هلام بولي أكريلاميد ، ويتم فصلها وفقًا لطولها.

هناك ثلاثة تغييرات رئيسية مقارنة بطريقة 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 داخل البكتيريا قبل استخراجه وتنقيته.

  • التسلسل المتوازي

لقد حلت تقنيات تسلسل الجيل التالي (المعروف أيضًا باسم التسلسل المتوازي على نطاق واسع) محل تسلسل سانجر بمزايا مثل الإنتاجية العالية وفعالية التكلفة والسرعة، حيث يمكن لـ NGS تحديد ترتيب ملايين الأجزاء في وقت واحد، NGS عبارة عن تسلسل قصير القراءة يتطلب إنشاء أجزاء صغيرة، متبوعًا بالتسلسل العميق، والمعالجة المسبقة للبيانات، ومحاذاة تسلسل الحمض النووي، والتجميع، والتحليل النهائي.

  • تسلسل الجيل الثالث

تسلسل الجيل الثالث، المعروف أيضا باسم تسلسل القراءة الطويلة، يمكن عن طريقه اكتشاف المزيد من الاختلافات، والتي لا يمكن ملاحظة بعضها من خلال تسلسل القراءة القصيرة فقط.

بالنهاية،لا يزال تسلسل سانجر مفيدًا في تحديد تسلسل الامتدادات الطويلة نسبيًا من الحمض النووي، خاصة في الأحجام المنخفضة، ومع ذلك، يمكن أن يصبح مكلفًا وشاقًا حيث يحتاج عدد كبير من الجزيئات إلى التسلسل بسرعة.

تطبيقات تقنيات تسلسل الحمض النووي

يكشف تسلسل الحمض النووي عن المعلومات الجينية التي يتم نقلها في جزء معين من الحمض النووي أو جينوم كامل أو ميكروبيوم معقد، حيث يمكن للعلماء استخدام معلومات التسلسل كالاتي:

  • لتحديد الجينات والتعليمات التنظيمية الموجودة في جزيء الحمض النووي.
  • يمكن فحص تسلسل الحمض النووي بحثًا عن السمات المميزة للجينات.
  • يمكن مقارنة تسلسل الحمض النووي المتماثل من كائنات مختلفة من أجل التحليل التطوري بين الأنواع أو المجموعات السكانية.
  • والجدير بالذكر أن تسلسل الحمض النووي يمكن أن يكشف عن تغيرات في الجين قد تسبب المرض.
  • كما تم استخدام تسلسل الحمض النووي في الطب بما في ذلك تشخيص وعلاج الأمراض ودراسات الأوبئة.
  • التسلسل لديه القدرة على إحداث ثورة في سلامة الأغذية والزراعة المستدامة بما في ذلك الصحة الحيوانية والنباتية والعامة، وتحسين الزراعة من خلال التربية الفعالة للنباتات والحيوانات والحد من مخاطر تفشي الأمراض.
  • بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام تسلسل الحمض النووي لحماية وتحسين البيئة الطبيعية لكل من البشر والحياة البرية.[2]

هل أحدث تقنيات تسلسل الحمض النووي قيد التطوير

تتضمن إحدى تقنيات التسلسل الجديدة مشاهدة جزيئات بوليميراز الحمض النووي وهي تنسخ الحمض النووي – نفس الجزيئات التي تصنع نسخًا جديدة من الحمض النووي في خلايانا – باستخدام كاميرا فيلم وميكروسكوب سريع جدًا، ودمج ألوان مختلفة من الأصباغ الساطعة، واحدة لكل من الأحرف A و T و C و G، وتوفر هذه الطريقة معلومات مختلفة وقيمة للغاية عما توفره أنظمة الأجهزة الأكثر استخدامًا.

هناك تقنية جديدة أخرى قيد التطوير تستلزم استخدام المسام النانوية لتسلسل الحمض النووي، يتضمن تسلسل الحمض النووي المستند إلى المسام النانوية  عبر مسام صغيرة للغاية في الغشاء، حيث تتم قراءة قواعد الحمض النووي واحدة تلو الأخرى أثناء ضغطها عبر ثقب النانو، كما يتم تحديد القواعد عن طريق قياس الفروق في تأثيرها على تدفق الأيونات والتيار الكهربائي عبر المسام.

يوفر استخدام المسام النانوية لتسلسل الحمض النووي العديد من المزايا المحتملة على الطرق الحالية، الهدف هو أن يكون التسلسل أقل تكلفة وأن يتم بشكل أسرع، على عكس طرق التسلسل المستخدمة حاليًا، فإن تسلسل الحمض النووي ذو الثقوب النانوية يعني أنه يمكن للباحثين دراسة نفس الجزيء مرارًا وتكرارًا.

دور التحسينات في تسلسل الحمض النووي لصحة الإنسان

يمكن للباحثين الآن مقارنة امتدادات كبيرة من الحمض النووي – مليون قاعدة أو أكثر – من أفراد مختلفين بسرعة وبتكلفة زهيدة، حيث يمكن أن تسفر مثل هذه المقارنات عن قدر هائل من المعلومات حول دور الوراثة في التعرض للمرض وفي الاستجابة للتأثيرات البيئية، بالإضافة إلى ذلك، فإن القدرة على تسلسل الجينوم بسرعة أكبر وفعالية من حيث التكلفة تخلق إمكانات هائلة للتشخيص والعلاج.

على الرغم من أن التسلسل الروتيني للحمض النووي في المستشفيات لا يزال بعيدًا لسنوات عديدة، فقد بدأت بعض المراكز الطبية الكبيرة في استخدام التسلسل للكشف عن بعض الأمراض وعلاجها، في السرطان، على سبيل المثال، أصبح الأطباء قادرين بشكل متزايد على استخدام بيانات التسلسل لتحديد نوع السرطان المعين الذي يعاني منه المريض، ويتيح ذلك للطبيب اتخاذ خيارات أفضل للعلاج، بالاضافة الى كيفية التحكم في نشاط الجينات في الأنسجة المختلفة ودور تنظيم الجينات في المرض.

كما تستخدم المشاريع واسعة النطاق الجارية والمخططة تسلسل الحمض النووي لفحص تطور الأمراض الشائعة والمعقدة، مثل أمراض القلب والسكري، والأمراض الوراثية التي تسبب التشوهات الجسدية وتأخر النمو وأمراض التمثيل الغذائي.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى