Hogyan olvassunk le egy genomot - öt óra alatt?
Nádori Gergely
2006/05/23 20:09
1775 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.
A biológia talán legizgalamsabb és leggyorsabban fejlődő területe ma a genomika, az élőlények teljes genetikai állományának vizsgálata. Egy új, rafinált megoldásokban bővelkedő eljárásnak köszönhetően sokkal gyorsabban ismerhetjük meg az élőlények genetikai szerkezetét. Cikkünkben részletesen bemutatjuk ezt az ötletes technikát.

James Watson a DNS Nobel-díjas felfedezője Az élet titka című könyvében kissé szomorúan említi meg, hogy a Humán Genom Projekt nem hozott semmilyen nagy áttörést a DNS szekvenciák felderítésének technikájában, noha a kezdetekben azt remélték, olyan termékenyítő hatása lehet a HGP-nek, mint az űrkutatásnak volt a fizikára. A sors fintora, hogy pár évvel a projekt befejezése után vált lérhetővé egy olyan technika, ami az eddigiek sokszorása növeli a DNS szekvenálás sebességéet. A technika egyes elemei már korábban is ismertek voltak, de néhány újítással most lehetővé vált a szekvenálás automatizálása és ezzel hamarosan leválthatja Sanger több mint harminc éves technikáját.

emPCR

Az eljárás első lépcsője a vizsgálandó DNS felszabdalása kisebb 100-200 nukleotid hosszúságú szakaszokra. Ezt a restrikciós endonulkeáz nevű enzimek végzik el nekünk. Ezek után fel kell szaporítani a DNS-t, amihez polimeráz láncreakció (PCR) nevű eljárást használják. A PCR elvégzéséhez azonban eddig külön kellett válogatni a DNS darabokat, amihez bektériumokban tenyésztették őket. Az új eljárás első nagy újdonsága az emulziós PCR, ami szükségtelenné teszi ezt a lépést. A DNS darabokat elsőként aprócska műgyanta gyöngyökhöz kötik, minden gyöngyhöz egyet-egyet. Majd ezeket a gyöngyöket egy olaj/víz emulzióhoz adják. Az emulzió víz része tartalmazza a PCR-hoz szükséges anyagokat és a cseppek mérete akkora, hogy egy-egy vízcseppbe csak egy-egy DNS-t tartalmazó gyöngy férjen. Ennek köszönhetően a kis vízcseppek mint aprócska különálló lombikok működnek, melyekben a többi DNS zavaró hatása nélkül játszódhatnak le a reakciók. Ezáltal az aprócska gyöngyökhöz kötve szaporíthatjuk fel tetszőleges számban a vizsgálni kívánt genom 100-200 bázis hosszúságú darabjait.

Piroszekvenálás

Az új módszer azon az elven alapul, hogy a DNS másolásakor a beépülő nukleotidról leszakad egy pirofoszfát. Ezt a pirofoszfátot jelzi a luciferáz enzim felvillanása. Az eljárás lényegét az alábi animáció ismerteti: Ahhoz, hogy az eljárást igazán hatékonyan lehessen használni még további ötletekre is szükség volt. Az egyik, hogy száloptikai szálakból készitenek egy olyan lemezt, ami 6x/ centimérenen 1 600 000 aprócska kis mélyedést tartalmaz. A mélyedések 15 pikoliter térfogatúak és akkorák, hogy beléjük a DNS tartalmú gyöngyökből csak egy fér el. Ezekbe rakják bele a másolt DNS-t centrifugálással, majd szintén gyöngyökhöz kötve hozzáadják a további szükséges enzimeket. A másfél millió kis kémcsőben párhuzamosan zajlik le tehát a reakció és ez adja az eljárás igazi erejét. Egy reakció 10 másodperc alatt megy végbe, de még így is könnyedén meg lehet határozni 20 millió bázist egy kis lapkán 4-5 óra alatt. Az egyes felvillanásokat a száloptika egy kamerához vezeti, ami érzékeli és rögzíti a képet.

Informatika

Így látja a kamera másfél millió reakció eredményét

Az eljáráshoz legalább olyan fontos volt a megfelelő informatikai rendszer kidolgozása. Olyan szoftverre volt szükseg, amely értelmezi és bázis sorrendre fordítja le a kapott képeket. Arra is szükség volt, hogy a megkapott bázissorrendeket aztán az átfedések felhasználásával egy egységes sorrá alakítsa át. A 454 eljárás egészen új távlatokat nyit meg a genomika előtt, hiszen egyetlen egyed teljes genomját is megismerhetjük baktériumok esetében 4-5 óra, eukarióták esetében pár hét alatt (összehasonlításképpen: a HGP-nek 5 évre volt szüksége az emberi DNS feltérképezéséhez). A vizsgálathoz kiindulásnak egyetlen DNS molekula is elég. Mindezzel lehetővé válik még több faj, populáció genetikai térképének elkészítése és az emberek esetében is az egyéni változatok gyors feltárása.

Csatlakozz hozzánk!

Ajánljuk

European Schoolnet Academy Ingyenes online tanfolyamok tanároknak
School Education Gateway Ingyenes tanfolyamok és sok más tanárok számára
ENABLE pilot Program iskoláknak a bullying ellen
eBiztonság Minősítés Minősítési rendszer oktatási intézményeknek