Ақпарат

17.3: Тұтас геномды секвенирлеу – Биология

17.3: Тұтас геномды секвенирлеу – Биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Дамытатын дағдылар

  • Тізбектелудің үш түрін сипаттаңыз
  • Тұтас геномдық реттілікке анықтама беріңіз

Соңғы жылдары медицина ғылымында айтарлықтай жетістіктер болғанымен, дәрігерлер әлі де кейбір аурулармен шатасуда және олар мәселенің түбіне жету үшін тұтас геномды секвенирлеуді қолданады. Тұтас геномды секвенирлеу – тұтас геномның ДНҚ тізбегін анықтайтын процесс. Тұтас геномды секвенирлеу - бұл аурудың негізінде генетикалық негіз болған кезде мәселені шешуге қатал тәсіл. Қазір бірнеше зертханалар бүкіл геномдарды реттілікке, талдауға және интерпретациялауға қызмет көрсетеді.

Мысалы, тұтас экзома секвенциясы тұтас геномды секвенирлеуге арзанырақ балама болып табылады. Экзомды секвенирлеуде ДНҚ-ның кодтаушы, экзон түзетін аймақтары ғана реттелген. 2010 жылы ішектерінде көптеген жұмбақ абсцессі бар жас баланы құтқару үшін толық экзома секвенциясы қолданылды. Балаға бірнеше рет тоқ ішекке ота жасалды. Соңында, апоптозды (бағдарламаланған жасуша өлімін) бақылайтын жолдағы ақауды анықтаған толық экзомалық реттілік жүргізілді. Бұл генетикалық ауруды жеңу үшін сүйек кемігін трансплантациялау қолданылды, бұл баланы емдеуге әкелді. Ол толық экзома секвенирлеу арқылы қойылған диагноз негізінде сәтті емделген алғашқы адам болды. Бүгінгі таңда адам геномының секвенциясы оңайырақ және оны бір-екі күнде 1000 долларға аяқтауға болады.

Жобаларды секвенирлеуде қолданылатын стратегиялар

Барлық заманауи секвенирлеу жобаларында қолданылатын негізгі секвенирлеу әдісі 1970 жылдары Фред Сэнгер әзірлеген тізбекті тоқтату әдісі (дидеокси әдісі ретінде де белгілі) болып табылады. Тізбекті тоқтату әдісі праймерді және мономер немесе ДНҚ бір бірлігі болып табылатын қалыпты дезоксинуклеотидті (dNTP) пайдалану арқылы бір тізбекті үлгінің ДНҚ репликациясын қамтиды. Праймер мен dNTP флуоресцентті таңбаланған дидеоксинуклеотидтердің (ddNTPs) аз бөлігімен араласады. ДдНТП – бұл басқа нуклеотид әдетте тізбек құру үшін қосылатын жерде гидроксил тобы (–OH) жоқ мономерлер ((PageIndex{1}) сурет).

Әрбір ddNTP флюорофордың басқа түсімен таңбаланады. ddNTP өсіп келе жатқан комплементарлы тізбекке енгізілген сайын, ол ДНҚ репликация процесін тоқтатады, соның нәтижесінде репликация кезінде әр түрлі нүктеде аяқталатын репликацияланған ДНҚ-ның бірнеше қысқа тізбегі пайда болады. Реакция қоспасы бір тізбектерге бөлінгеннен кейін гельдік электрофорез арқылы өңделген кезде, бірнеше жаңа репликацияланған ДНҚ тізбектері әртүрлі өлшемдерге байланысты баспалдақ құрайды. ddNTP флуоресцентті таңбаланғандықтан, гельдегі әрбір жолақ ДНҚ тізбегінің өлшемін және реакцияны аяқтаған ddNTP көрсетеді. Фторформен таңбаланған ddNTP-лердің әртүрлі түстері сол позицияда енгізілген ddNTP-ді анықтауға көмектеседі. Баспалдақтағы әрбір жолақтың түсі негізінде гельді оқу шаблондық жолдың ретін шығарады ((PageIndex{2}) сурет).

Ерте стратегиялар: мылтықпен ату және жұптық аяқтау реттілігі

Мылтық секвенирлеу әдісінде ДНҚ фрагментінің бірнеше көшірмелері кездейсоқ түрде көптеген кішірек бөліктерге кесіледі (мылтықтан атылғанда дөңгелек ату патронымен болған жағдай сияқты). Содан кейін барлық сегменттер тізбекті реттілік әдісі арқылы реттелген. Содан кейін компьютердің көмегімен фрагменттер талданады, олардың реттілігі қай жерде бір-біріне сәйкес келеді. Әрбір фрагменттің соңындағы қабаттасатын тізбектерді сәйкестендіру арқылы бүкіл ДНҚ тізбегін реформалауға болады. Бірін-бірі қайталайтын қысқа реттіліктерден жиналған үлкенірек тізбек контиг деп аталады. Аналогия ретінде, біреудің сіз бұрын ешқашан көрмеген пейзаждық фотосуреттің төрт данасы бар екенін және оның қалай пайда болуы туралы ештеңе білмейтінін ескеріңіз. Содан кейін адам әр фотосуретті қолдарымен жыртып алады, осылайша әр көшірмеде әртүрлі өлшемді бөліктер болады. Содан кейін адам барлық бөліктерді біріктіріп, фотосуретті қайта құруды сұрайды. Кішкене бөліктердің бірінде сіз тауды көресіз. Үлкенірек бөлікте сіз сол таудың көлдің артында тұрғанын көресіз. Үшінші фрагмент тек көлді көрсетеді, бірақ ол көлдің жағасында кабина бар екенін көрсетеді. Сондықтан, осы үш фрагменттегі бір-біріне сәйкес келетін ақпаратқа қарап, сіз суретте жағасында кабинасы бар көлдің артында тау бар екенін білесіз. Бұл мылтық секвенирлеуін пайдалана отырып, бүкіл ДНҚ тізбегін қалпына келтіру принципі.

Бастапқыда шолақ мылтық секвенциясы әр фрагменттің тек бір ұшын қабаттасу үшін талдады. Бұл шағын геномдарды секвенирлеу үшін жеткілікті болды. Дегенмен, адамның геномы сияқты үлкенірек геномдарды ретке келтіруге деген ұмтылыс, ресми түрде жұптық секвенирлеу деп аталатын қос ұңғылы шолақ мылтық секвенциясының дамуына әкелді. Жұптық реттілікте әрбір фрагменттің екі ұшы қабаттасу үшін талданады. Сондықтан, мылтықпен ату реттілігіне қарағанда, жұптық секвенирлеу қиынырақ, бірақ қол жетімді ақпарат көбірек болғандықтан, ретті қайта құру оңайырақ.

Келесі буынды реттілік

2005 жылдан бастап зертханалар қолданатын автоматтандырылған секвенирлеу әдістері ДНҚ-ны жылдам секвенирлеу үшін қолданылатын автоматтандырылған әдістер тобы болып табылатын келесі ұрпақ секвенциясы қолшатырының астында. Бұл автоматтандырылған арзан секвенсерлер бір күннің ішінде жүздеген мың немесе миллиондаған қысқа фрагменттердің (25-тен 500-ге дейінгі негізгі жұптар) тізбегін жасай алады. Бұл секвенсерлер барлық фрагменттерді ретке келтірудің ауыр процесінен өту үшін күрделі бағдарламалық жасақтаманы пайдаланады.

Эволюциялық байланыс: Тізбектерді салыстыру

Тізбекті туралау – белоктардың, ДНҚ немесе РНҚ орналасуы; ол функцияның немесе құрылымдардың сақталуын көрсетуі мүмкін жасуша түрлері немесе түрлер арасындағы ұқсастық аймақтарын анықтау үшін қолданылады. Филогенетикалық ағаштарды тұрғызу үшін реттілік теңестірулері пайдаланылуы мүмкін. Келесі веб-сайт BLAST (жергілікті туралауды іздеудің негізгі құралы) деп аталатын бағдарламалық құралды пайдаланады.

«Негізгі жарылыс» астында «Нуклеотидтік жарылысты» басыңыз. Үлкен "сұрау тізбегі" жолағына келесі ретті енгізіңіз: ATTGCTTCGATTGCA. Қораптың астынан «Түрлер» өрісін тауып, «адам» немесе «Хомо сапиенс» деп теріңіз. Одан кейін енгізілген ретті адам геномының белгілі реттіліктерімен салыстыру үшін «ЖАРЫЛУ» түймесін басыңыз. Нәтижесінде бұл реттілік адам геномында жүзден астам жерде кездеседі. Көлденең жолақтары бар сызбаның астына жылжыңыз және сәйкес келетін хиттердің әрқайсысының қысқаша сипаттамасын көресіз. Тізімнің жоғарғы жағындағы хиттердің бірін таңдап, «Графика» түймесін басыңыз. Бұл сізді адам геномында реттілік қай жерде орналасқанын көрсететін бетке әкеледі. Таңдалған геннің айналасындағы тізбектерді бірден көру үшін жасыл жалаушаға ұқсайтын жүгірткіні алға және артқа жылжытуға болады. Содан кейін «ATG» түймесін басу арқылы таңдалған реттілікке оралуға болады.

Модельді ағзалардың толық геномдық тізбектерін пайдалану

Толық реттелген бірінші геном бактериялық вирус болды, бактериофаг fx174 (5368 негізгі жұп); Мұны Фред Сэнгер шолақ мылтық секвенциясы арқылы орындады. Кейінірек бірнеше басқа органеллалар мен вирустық геномдар реттелген. Геномы реттелген бірінші организм бактерия болды Гемофилді тұмау; мұны 1980 жылдары Крейг Вентер орындады. Шамамен 74 түрлі зертхана ашытқы геномын секвенирлеу бойынша бірлесіп жұмыс істеді. Saccharomyces cerevisiae, ол 1989 жылы басталып, 1996 жылы аяқталды, өйткені ол реттелген кез келген басқа геномнан 60 есе үлкен болды. 1997 жылға қарай екі маңызды модельдік организмдердің геномдық тізбегі қол жетімді болды: бактерия ішек таяқшасы K12 және ашытқы Saccharomyces cerevisiae. Тышқан сияқты басқа модельдік ағзалардың геномдары Бұлшық ет, жеміс шыбыны Drosophila melanogaster, нематод Каеноргабдит. elegans, және адамдар Гомо сапиенс қазір белгілі. Модельдік организмдерде көптеген іргелі зерттеулер жүргізіледі, өйткені ақпаратты генетикалық ұқсас организмдерге қолдануға болады. Модельді ағзалар - үлгі ретінде ұсынылған басқа түрлердегі биологиялық процестерді түсіну үшін үлгі ретінде зерттелетін түр. Бүкіл геномдардың реттелген болуы осы модельдік ағзалардағы зерттеу жұмыстарына көмектеседі. Биологиялық ақпаратты гендік тізбектерге қосу процесі геномдық аннотация деп аталады. Ген тізбегін аннотациялау ПТР праймерлер мен РНҚ нысандарын жобалау сияқты молекулалық биологиядағы негізгі эксперименттерге көмектеседі.

ДНҚ микромассивтері - белсенді гендерді анықтау және тізбектерді анықтау үшін шыны слайдқа немесе кремний чипке бекітілген ДНҚ фрагменттерінің массивін талдау арқылы ген экспрессиясын анықтау үшін қолданылатын әдістер. Бір миллионға жуық генотиптік ауытқуларды микромассивтер арқылы анықтауға болады, ал толық геномдық секвенирлеу адам геномындағы барлық алты миллиард негізгі жұп туралы ақпаратты бере алады. Геномды секвенирлеудің медициналық қолдануын зерттеу қызықты болғанымен, бұл пән әдетте гендік функцияға тоқталады. Бүкіл геномды білу болашақта басталатын ауруларды және басқа да генетикалық бұзылуларды ерте анықтауға мүмкіндік береді, бұл өмір салты, дәрі-дәрмек және бала туу туралы көбірек ақпараттандырылған шешімдер қабылдауға мүмкіндік береді. Геномика әлі нәрестелік кезеңде, дегенмен, бір күні генетикалық ауытқуларды анықтау үшін әрбір жаңа туған нәрестені скринингтен өткізу үшін тұтас геномды секвенирлеуді қолдану әдетке айналуы мүмкін.

Аурулар мен медицинадан басқа, геномика биомассаны биоотынға айналдыратын жаңа ферменттердің дамуына үлес қоса алады, бұл егін және отын өндірісінің жоғарылауына және тұтынушыға төмен шығындарға әкеледі. Бұл білім биоотын өндірісінде қолданылатын микробтарды бақылаудың жақсы әдістеріне мүмкіндік беруі керек. Геномика сонымен қатар ластаушы заттардың экожүйеге әсерін бақылау үшін қолданылатын әдістерді жақсарта алады және қоршаған ортаны ластаушы заттарды тазартуға көмектеседі. Геномика медицина ғылымы мен ауыл шаруашылығына пайдасын тигізетін агрохимиялық және фармацевтикалық препараттарды дамытуға мүмкіндік берді.

Бүкіл геномды секвенирлеуден алатын барлық білімге ие болу керемет естіледі; дегенмен, адамдар бұл білімді ақылмен пайдалануға міндетті. Әйтпесе, мұндай білімнің күшін теріс пайдалану оңай болуы мүмкін, бұл адамның генетикасына, адамның гендік инженериясына және басқа этикалық мәселелерге негізделген кемсітушілікке әкелуі мүмкін. Бұл ақпарат денсаулық пен жеке өмірге қатысты заңды мәселелерге де әкелуі мүмкін.

Түйіндеме

Тұтас геномды реттілік генетикалық ауруларды емдеуге арналған ең соңғы қолжетімді ресурс болып табылады. Кейбір дәрігерлер өмірді сақтап қалу үшін тұтас геномды секвенирлеуді қолданады. Геномиканың көптеген өнеркәсіптік қолданбалары бар, соның ішінде биоотын әзірлеу, ауыл шаруашылығы, фармацевтика және ластануды бақылау. Барлық қазіргі кезеңдік стратегиялардың негізгі принципі тізбекті тоқтату әдісін қамтиды.

Адам геномының тізбегі медицина мамандарына негізгі түсініктер бергенімен, зерттеушілер түрдің геномын жақсырақ түсіну үшін модельдік ағзалардың тұтас геномдық тізбегін пайдаланады. Автоматтандыру және толық геномды секвенирлеу құнының төмендеуі болашақта жеке медицинаға әкелуі мүмкін.

тізбекті тоқтату әдісі
ДНҚ репликациясын тоқтату үшін белгіленген дидеоксинуклеотидтерді пайдалана отырып, ДНҚ секвенирлеу әдісі; оны дидеокси әдісі немесе Сэнгер әдісі деп те атайды
контиг
қабаттасатын қысқарақ тізбектерден жиналған ДНҚ-ның үлкен тізбегі
дезоксинуклеотид
ДНҚ-ның жеке мономері (бір бірлік).
дидеоксинуклеотид
гидроксил тобы (-OH) жоқ ДНҚ-ның жеке мономері
ДНҚ микромассиві
белсенді гендерді анықтау және тізбектерді анықтау үшін шыны слайдқа немесе кремний чипке бекітілген ДНҚ фрагменттерінің массивін талдау арқылы ген экспрессиясын анықтау үшін қолданылатын әдіс
геномдық аннотация
гендік тізбектерге биологиялық ақпаратты қосу процесі
үлгі организм
үлгі организммен ұсынылған басқа түрлердегі биологиялық процестерді түсіну үшін зерттелетін және үлгі ретінде пайдаланылатын түр
келесі ұрпақ секвенциясы
жылдам ДНҚ секвенциясы үшін қолданылатын автоматтандырылған әдістер тобы
шолақ мылтық секвенциясы
ДНҚ-ның үлкен бөлігінің тізбегін құру үшін бірнеше ДНҚ фрагменттерін тізбектеу үшін қолданылатын әдіс
толық геномды секвенирлеу
бүкіл геномның ДНҚ тізбегін анықтайтын процесс

Тұтас геномды қайта секвенирлеу буйвол кіші түрлерінің дивергенциясына дейінгі бейімделуді көрсетеді.

Жоғары өнімді генотиптеу немесе секвенирлеу деректерін қолдану табиғи және жасанды сұрыптауға геномдық жауапты түсінуге көмектеседі. Бұл зерттеуде біз Иранның әртүрлі географиялық және агроэкологиялық аймақтарына бейімделген үш танымал тұқымға жататын бес жергілікті буйвол популяциясының геномдарын сканерледік, геномдық әртүрлілік дәрежесін анықтау және геномдық аймақтарды және өткен іріктеуден өткен гендерді локализациялау үшін. Батыс және Шығыс Әзірбайжан, Гилан, Мазандаран және Хузестан провинцияларынан барлығы 46 өзен буйволының тұтас геномы қайта секвенсацияланды. Біздің дәйектілік деректеріміз өзен буйволының анықтамалық геномының 99%-дан астамын қамтуға және бір үлгіге 9,2 × орташа оқу тереңдігіне жетті. Біз 20,55 миллион SNP анықтадық, оның ішінде 63 097 қате, 707 тоқтату және 159 тоқтату жоғалту мутациялары функционалдық салдары болуы мүмкін. Геномдық әртүрлілік талдаулары ирандық буйволдар популяциясы арасында гендердің жиі ағыны немесе жақын уақыттағы қоспалардан кейін қарапайым құрылымды көрсетті. Оң таңдаудың дәлелі дифференциация (Fst) және бекіту (Pi) көрсеткіштерінің екеуін де пайдалана отырып зерттелді. Фиксацияны талдау BBU2, 20 және 21-де аберрантты полиморфизм мазмұны бар барлық үш тұқымда үш геномдық аймақты анықтады. BBU2-дегі фиксация сигналы OCA2-HERC2 гендерімен қабаттасады, бұл пигментация механизмі арқылы УК әсеріне бейімделуді болжайды. Сиырдың басқа бес түрінен алынған қайта секвенирлеу деректерін, сондай-ақ өзен және батпақ буйволдарының Axiom Buffalo Genotyping Array 90K деректерін пайдалана отырып, әрі қарай тексеру бұл бекіту сигналдарының өзен және батпақ буйволдары арқылы сақталатынын және тауринді ірі қара малға таралатынын көрсетті, бұл ежелгі эволюциялық оқиғаның бұрын болғанын білдіреді. буйвол және тауринді ірі қара малдардың түрленуі. Бұл нәтижелер қазіргі буйволдардың эволюциясы кезінде орын алған негізгі генетикалық қосқыштарды түсінуімізге ықпал етті.

Түйін сөздер: Иранның байырғы буйвол қоспасының дифференциация индексі нуклеотидтердің әртүрлілігін таңдау қолтаңбасы.

© Автор(лар) 2020. Молекулярлық биология және эволюция қоғамы атынан Оксфорд университетінің баспасы басып шығарған.


Ерте стратегиялар: мылтықпен ату және жұптық аяқтау реттілігі

Мылтықты секвенирлеу әдісінде ДНҚ фрагментінің бірнеше көшірмелері кездейсоқ түрде көптеген кішірек бөліктерге кесіледі (мылтықтан атылған кезде дөңгелек патронмен болған жағдай сияқты). Содан кейін барлық сегменттер тізбекті реттілік әдісі арқылы реттелген. Содан кейін компьютердің көмегімен фрагменттер талданады, олардың реттілігі қай жерде бір-біріне сәйкес келеді. Әрбір фрагменттің соңындағы қабаттасатын тізбектерді сәйкестендіру арқылы бүкіл ДНҚ тізбегін реформалауға болады. Бірін-бірі қайталайтын қысқарақ тізбектерден жиналған үлкенірек тізбек контиг деп аталады. Аналогия ретінде, біреудің сіз бұрын ешқашан көрмеген пейзаждық фотосуреттің төрт данасы бар екенін және оның қалай пайда болуы туралы ештеңе білмейтінін ескеріңіз. Содан кейін адам әр фотосуретті қолдарымен жыртып алады, осылайша әр көшірмеде әртүрлі өлшемді бөліктер болады. Содан кейін адам барлық бөліктерді біріктіріп, фотосуретті қайта құруды сұрайды. Кішкене бөліктердің бірінде сіз тауды көресіз. Үлкенірек бөлікте сіз сол таудың көлдің артында тұрғанын көресіз. Үшінші фрагмент тек көлді көрсетеді, бірақ ол көлдің жағасында кабина бар екенін көрсетеді. Сондықтан, осы үш фрагменттегі бір-біріне сәйкес келетін ақпаратқа қарап, сіз суретте жағасында кабинасы бар көлдің артында тау бар екенін білесіз. Бұл мылтық секвенирлеуінің көмегімен бүкіл ДНҚ тізбегін қалпына келтіру принципі.

Бастапқыда шолақ мылтық секвенциясы әр фрагменттің тек бір ұшын қабаттасу үшін талдады. Бұл шағын геномдарды секвенирлеу үшін жеткілікті болды. Дегенмен, адамның геномы сияқты үлкенірек геномдарды ретке келтіруге деген ұмтылыс, ресми түрде жұптық секвенирлеу деп аталатын қос ұңғылы шолақ мылтық секвенциясының дамуына әкелді. Жұптық реттілікте әрбір фрагменттің екі ұшы қабаттасу үшін талданады. Сондықтан, мылтықпен ату реттілігіне қарағанда, жұптық секвенирлеу қиынырақ, бірақ қол жетімді ақпарат көбірек болғандықтан, ретті қайта құру оңайырақ.


Биологияны сақтау үшін тұтас геномды секвенирлеу тәсілдері: артықшылықтар, шектеулер және практикалық ұсыныстар

Толық геномды қайта секвенирлеу (WGR) дәстүрлі әдістерді қолдану арқылы толық шешілмеген іргелі эволюциялық биология сұрақтарын шешуге арналған қуатты әдіс болып табылады. WGR төрт тәсілді қамтиды: шешілмеген немесе шешілген гаплотиптермен қамтудың жоғары тереңдігіне жеке тұлғаларды секвенирлеу, таңбаланбаған жеке ДНҚ-ның эквимолярлық мөлшерін араластыру арқылы популяция геномдарын жоғары тереңдікте секвенирлеу (Пул-секв) және бірнеше секвенирлеу. популяциядан төмен тереңдікке дейінгі индивидтер (lcWGR). Бұл әдістер анықтамалық геномның болуын талап етеді. Бұл шолақ мылтық секвенирлеудің әлі де жоғары құнымен және есептеу ресурстары мен сақтауға деген үлкен сұраныспен қатар, оларды геномдық ресурстары тапшы үлгі емес түрлерде және биологияны сақтау сияқты салаларда жүзеге асыруды шектеді. Мұндағы мақсатымыз әртүрлі WGR әдістерін, олардың артықшылықтары мен кемшіліктерін және биологияны сақтаудағы әлеуетті қолданбаларды сипаттау. WGR бұрын-соңды болмаған маркер тығыздығын ұсынады және бір нуклеотидтік полиморфизмдермен (мысалы, құрылымдық нұсқалар мен реттеуші элементтердің мутациялары) шектелмейтін генетикалық вариациялардың кең алуан түрлілігін зерттейді, олардың таңдау және жергілікті бейімделу белгілерін анықтау үшін күшін арттырады, сондай-ақ фенотиптік белгілер мен аурулардың генетикалық негіздерін анықтау. Қазіргі уақытта WGR-дің бірде-бір тәсілі сақтау генетикасының барлық талаптарын орындамайды және әр әдістің өз шектеулері мен ықтимал ауытқу көздері бар. Біз мұндай қисындылықты азайтудың ұсынылған жолдарын талқылаймыз. Біз тұтас геномдарды талдау көптеген үлгі емес түрлер мен биологияны қоса алғанда, салада күнделікті міндетке айналатын алыс емес болашақты елестетеміз.

Түйін сөздер: Пул-секвентті сақтау биологиясы төмен қамту секвенциясын басқару популяция геномикасы толық геномды секвенирлеу.


Модельді ағзалардың толық геномдық тізбектерін пайдалану

Британдық биохимик және Нобель сыйлығының лауреаты Фред Сэнгер бірінші геномды толық реттілікке келтіру үшін бактериофаг fx174 (5368 жұп) бактериялық вирусты пайдаланды. Басқа ғалымдар кейінірек бірнеше басқа органеллалар мен вирустық геномдарды ретке келтірді. Американдық биотехнолог, биохимиктер, генетик және кәсіпкер Крейг Вентер бактериялардың ретін анықтады. Гемофилді тұмау 1980 жылдары. Шамамен 74 түрлі зертхана ашытқы геномын секвенирлеу бойынша бірлесіп жұмыс істеді. Saccharomyces cerevisiae, ол 1989 жылы басталып, 1996 жылы аяқталды, өйткені ол кез келген басқа геномды секвенирлеуден 60 есе үлкен болды. 1997 жылға қарай екі маңызды модельдік организмдердің геномдық тізбегі қол жетімді болды: бактерия ішек таяқшасы K12 және ашытқы Saccharomyces cerevisiae. Біз қазір тышқан сияқты басқа модельдік ағзалардың геномдарын білеміз Бұлшық ет, жеміс шыбыны Drosophila melanogaster, нематод Каеноргабдит. elegans, және адамдар Гомо сапиенс. Зерттеушілер модельдік организмдерде ауқымды іргелі зерттеулер жүргізеді, өйткені олар ақпаратты генетикалық ұқсас организмдерге қолдана алады. Модельдік организм – зерттеушілер модельдік организм көрсететін басқа түрлердегі биологиялық процестерді түсіну үшін үлгі ретінде пайдаланатын түр. Бүкіл геномдардың реттелген болуы осы модельдік ағзалардағы зерттеу жұмыстарына көмектеседі. Биологиялық ақпаратты гендік тізбектерге қосу процесі геномдық аннотация болып табылады. Ген тізбегін аннотациялау ПТР праймерлері мен РНҚ нысандарын жобалау сияқты молекулалық биологиядағы негізгі эксперименттерге көмектеседі.


Биология 171

Осы бөлімнің соңында сіз келесі әрекеттерді орындай аласыз:

Соңғы жылдары медицина ғылымында айтарлықтай жетістіктер болғанымен, дәрігерлер әлі де кейбір аурулармен шатасуда және олар мәселенің түбірін ашу үшін тұтас геномды секвенирлеуді қолданады. Тұтас геномды секвенирлеу - бүкіл геномның ДНҚ тізбегін анықтайтын процесс. Тұтас геномды секвенирлеу - бұл аурудың негізінде генетикалық негіз болған кезде мәселені шешуге қатал тәсіл. Қазір бірнеше зертханалар бүкіл геномдарды реттілікке, талдауға және интерпретациялауға қызмет көрсетеді.

Мысалы, тұтас экзома секвенциясы тұтас геномды секвенирлеуге арзанырақ балама болып табылады. Экзомды секвенирлеуде дәрігер тек ДНҚ кодтаушы, экзонды шығаратын аймақтарды ретке келтіреді. 2010 жылы дәрігерлер ішектерінде бірнеше жұмбақ абсцессі бар жас баланы құтқару үшін толық экзома секвенциясын қолданды. Балаға бірнеше рет тоқ ішекке ота жасалды. Ақырында, олар апоптозды (бағдарламаланған жасуша өлімін) бақылайтын жолдағы ақауды анықтаған толық экзома секвенциясын орындады. Дәрігерлер бұл генетикалық ауруды жеңу үшін сүйек кемігін трансплантациялау әдісін қолданып, баланы емдеуге әкелді. Ол толық экзомалық секвенирлеу диагнозы негізінде сәтті ем алған алғашқы адам болды. Бүгінгі таңда адам геномының реттілігі оңайырақ және нәтижелер екі күн ішінде шамамен 1000 долларға қол жетімді.

Жобаларды реттілікте қолданылатын стратегиялар

Қазіргі заманғы барлық секвенирлеу жобаларында қолданылатын негізгі реттілік әдістемесі 1970 жылдары Фред Сэнгер әзірлеген тізбекті тоқтату әдісі (дидеокси әдісі ретінде де белгілі) болып табылады. Тізбекті тоқтату әдісі мономер немесе бір ДНҚ бірлігі болып табылатын праймер мен кәдімгі дезоксинуклеотидті (dNTP) пайдалану арқылы бір тізбекті үлгінің ДНҚ репликациясын қамтиды. Праймер мен dNTP флуоресцентті таңбаланған дидеоксинуклеотидтердің (ddNTP) аздаған үлесімен араласады. ДдНТП – бұл мономерлер, оларда гидроксил тобы (–OH) жоқ, әдетте басқа нуклеотид тізбек түзу үшін қосылатын жерде ((сурет)). Ғалымдар әрбір ddNTP флюорофордың басқа түсімен белгілейді. ddNTP өсіп келе жатқан комплементарлы тізбекке қосылған сайын, ол ДНҚ репликация процесін тоқтатады, соның нәтижесінде репликацияланған ДНҚ-ның бірнеше қысқа тізбегі репликация кезінде әр түрлі нүктеде аяқталады. Гель электрофорезі реакция қоспасын бір жіптерге бөлгеннен кейін өңдегенде, бірнеше жаңа репликацияланған ДНҚ тізбектері әртүрлі өлшемдерге байланысты баспалдақ құрайды. ДдНТП флуоресцентті таңбаланғандықтан, гельдегі әрбір жолақ ДНҚ тізбегінің өлшемін және реакцияны тоқтатқан ddNTP көрсетеді. Фторформен таңбаланған ddNTP-лердің әртүрлі түстері сол позицияда енгізілген ddNTP-ді анықтауға көмектеседі. Баспалдақтағы әрбір жолақтың түсі негізінде гельді оқу шаблондық тізбектің ретін шығарады ((сурет)).



Ерте стратегиялар: мылтықпен ату және жұптық аяқтау реттілігі

Мылтық секвенирлеу әдісінде ДНҚ фрагменттерінің бірнеше көшірмелері кездейсоқ түрде көптеген кішірек бөліктерге кесіледі (мылтықтан атылған кезде дөңгелек ату патронымен болған жағдай сияқты). Тізбекті реттілік әдісі арқылы сегменттердің барлығы тізбегі. Содан кейін, жүйелік компьютердің көмегімен ғалымдар фрагменттерді талдап, олардың реті қай жерде бір-біріне сәйкес келетінін көре алады. Әрбір фрагменттің соңындағы қабаттасатын тізбектерді сәйкестендіру арқылы ғалымдар бүкіл ДНҚ тізбегін реформалай алады. Бірін-бірі қайталайтын қысқа реттіліктерден жиналған үлкенірек тізбек контиг деп аталады. Аналогия ретінде, біреудің сіз бұрын ешқашан көрмеген пейзаждық фотосуреттің төрт данасы бар екенін және оның қалай пайда болуы туралы ештеңе білмейтінін ескеріңіз. Содан кейін адам әр фотосуретті қолдарымен жыртып алады, осылайша әр көшірмеде әртүрлі өлшемді бөліктер болады. Содан кейін адам барлық бөліктерді біріктіріп, фотосуретті қайта құруды сұрайды. Кішкене бөліктердің бірінде сіз тауды көресіз. Үлкенірек бөлікте сіз сол таудың көлдің артында тұрғанын көресіз. Үшінші фрагмент тек көлді көрсетеді, бірақ ол көлдің жағасында кабина бар екенін көрсетеді. Сондықтан, осы үш фрагменттегі бір-біріне сәйкес келетін ақпаратқа қарап, сіз суретте жағасында кабинасы бар көлдің артында тау бар екенін білесіз. Бұл мылтық секвенирлеуінің көмегімен бүкіл ДНҚ тізбегін қалпына келтіру принципі.

Бастапқыда шолақ мылтық секвенциясы әр фрагменттің тек бір ұшын қабаттасу үшін талдады. Бұл шағын геномдарды секвенирлеу үшін жеткілікті болды. Дегенмен, адамның геномы сияқты үлкенірек геномдарды ретке келтіруге деген ұмтылыс қос ұңғылы шолақ мылтық секвенирлеуін немесе жұптық секвенирлеуді дамытуға әкелді. Жұптық реттілікте ғалымдар әрбір фрагменттің соңын қабаттасу үшін талдайды. Сондықтан, мылтықпен ату реттілігіне қарағанда, жұптық секвенирлеу қиынырақ, бірақ қол жетімді ақпарат көбірек болғандықтан, ретті қайта құру оңайырақ.

Келесі буынды реттілік

2005 жылдан бастап зертханалар қолданатын автоматтандырылған секвенирлеу әдістері келесі ұрпақ секвенциясы қолшатырының астында болды, бұл жылдам ДНҚ секвенциясы үшін қолданылатын автоматтандырылған әдістер тобы. Бұл автоматтандырылған арзан секвенерлер бір күн ішінде жүздеген мың немесе миллиондаған қысқа фрагменттердің (25-тен 500-ге дейінгі негізгі жұп) ретін құра алады. Бұл секвенсерлер барлық фрагменттерді ретке келтірудің ауыр процесінен өту үшін күрделі бағдарламалық жасақтаманы пайдаланады.

Тізбектерді салыстыру Тізбекті туралау дегеніміз белоктардың, ДНҚ немесе РНҚ орналасуы. Ғалымдар оны функцияны немесе құрылымды сақтауды көрсете алатын жасуша түрлері немесе түрлер арасындағы ұқсас аймақтарды анықтау үшін пайдаланады. Филогенетикалық ағаштарды тұрғызу үшін біз тізбекті туралауды пайдалана аламыз. Келесі веб-сайт BLAST (жергілікті туралауды іздеудің негізгі құралы) деп аталатын бағдарламалық құралды пайдаланады.

«Негізгі жарылыс» астында «Нуклеотидтік жарылысты» басыңыз. Үлкен “сұрау тізбегі” жолағына келесі ретті енгізіңіз: ATTGCTTCGATTGCA. Қораптың астынан “Түрлер” өрісін тауып, “адам” немесе “Homo sapiens” деп теріңіз. Содан кейін «ЖАРЫЛУ» түймесін басыңыз
енгізілген ретті адам геномының белгілі тізбектерімен салыстырыңыз. Нәтижесінде бұл реттілік адам геномында жүзден астам жерде кездеседі. Көлденең жолақтары бар сызбаның астына жылжыңыз және сәйкес келетін хиттердің әрқайсысының қысқаша сипаттамасын көресіз. Тізімнің жоғарғы жағындағы хиттердің бірін таңдап, “Графика” түймесін басыңыз. Бұл сізді бүкіл адам геномындағы реттілік орнын көрсететін бетке әкеледі. Таңдалған геннің айналасындағы тізбектерді бірден көру үшін жасыл жалаушаға ұқсайтын жүгірткіні алға және артқа жылжытуға болады. Содан кейін “ATG” түймесін басу арқылы таңдалған реттілікке оралуға болады.

Модельді ағзалардың толық геномдық тізбектерін пайдалану

Британдық биохимигі және Нобель сыйлығының лауреаты Фред Сэнгер бірінші геномды толық реттілікке келтіру үшін бактериофаг fx174 (5368 жұп) бактериялық вирусты пайдаланды. Басқа ғалымдар кейінірек бірнеше басқа органоидтар мен вирустық геномдарды ретке келтірді. Американдық биотехнолог, биохимиктер, генетик және кәсіпкер Крейг Вентер бактериялардың ретін анықтады. Гемофилді тұмау 1980 жылдары. Шамамен 74 түрлі зертхана ашытқы геномын секвенирлеу бойынша бірлесіп жұмыс істеді. Saccharomyces cerevisiae, ол 1989 жылы басталып, 1996 жылы аяқталды, өйткені ол кез келген басқа геномды секвенирлеуден 60 есе үлкен болды. 1997 жылға қарай екі маңызды модельдік организмдердің геномдық тізбегі қол жетімді болды: бактерия ішек таяқшасы K12 және ашытқы Saccharomyces cerevisiae. Біз қазір тышқан сияқты басқа модельдік ағзалардың геномдарын білеміз Бұлшық ет, жеміс шыбыны Drosophila melanogaster, нематод Каеноргабдит. elegans, және адамдар Гомо сапиенс. Зерттеушілер модельдік организмдерде ауқымды іргелі зерттеулер жүргізеді, өйткені олар ақпаратты генетикалық ұқсас организмдерге қолдана алады. Модельдік организм – зерттеушілер модельдік организм көрсететін басқа түрлердегі биологиялық процестерді түсіну үшін үлгі ретінде пайдаланатын түр. Бүкіл геномдардың реттелген болуы осы модельдік ағзалардағы зерттеу жұмыстарына көмектеседі. Биологиялық ақпаратты гендік тізбектерге қосу процесі геномдық аннотация болып табылады. Ген тізбегін аннотациялау ПТР праймерлері мен РНҚ нысандарын жобалау сияқты молекулалық биологиядағы негізгі эксперименттерге көмектеседі.

DNA Sequence Assembly (веб-бет, интерактивті) ішінде геном тізбегінің әрбір қадамын өтіңіз.

Геном тізбегінің қолданылуы

ДНҚ микромассивтері - ғалымдар белсенді гендер мен тізбектерді анықтау үшін шыны слайдқа немесе кремний чипке бекітілген әртүрлі ДНҚ фрагменттерін талдау арқылы ген экспрессиясын анықтау үшін қолданатын әдістер. Біз микромассивтерді пайдалана отырып, бір миллионға жуық генотиптік ауытқуларды таба аламыз, ал тұтас геномды секвенирлеу адам геномындағы барлық алты миллиард негізгі жұп туралы ақпаратты бере алады. Геномды секвенирлеудің медициналық қосымшаларын зерттеу қызықты болғанымен, бұл пән гендердің қалыпты жұмысына тоқталады. Бүкіл геном туралы білу зерттеушілерге болашақта басталатын аурулар мен басқа да генетикалық бұзылуларды ерте анықтауға мүмкіндік береді. Бұл өмір салты, дәрі-дәрмек және бала туу туралы көбірек ақпараттандырылған шешім қабылдауға мүмкіндік береді. Геномика әлі нәрестелік кезеңде, дегенмен, бір күні генетикалық ауытқуларды анықтау үшін әрбір жаңа туған нәрестені скринингтен өткізу үшін тұтас геномды секвенирлеуді қолдану әдетке айналуы мүмкін.

Ауру мен медицинадан басқа, геномика биомассаны биоотынға айналдыратын жаңа ферменттердің дамуына үлес қоса алады, бұл егін және отын өндірісінің жоғарылауына және тұтыну құнының төмендеуіне әкеледі. Бұл білім өнеркәсіп биоотын өндіру үшін қолданатын микробтарды бақылаудың жақсы әдістеріне мүмкіндік беруі керек. Геномика сонымен қатар ластаушы заттардың экожүйеге әсерін өлшейтін және қоршаған ортаны ластаушы заттарды тазартуға көмектесетін бақылау әдістерін жетілдіре алады. Геномика медицина ғылымы мен ауыл шаруашылығына пайдасын тигізетін агрохимиялық және фармацевтикалық препараттарды жасауға көмектесті.

Тұтас геномды секвенирлеуден алатын барлық білімге ие болғанымыз керемет көрінеді, дегенмен адамдар бұл білімді ақылмен пайдалануға міндетті. Әйтпесе, мұндай білімнің күшін теріс пайдалану оңай болуы мүмкін, бұл адамның генетикасына, адамның гендік инженериясына және басқа этикалық мәселелерге негізделген кемсітушілікке әкеледі. Бұл ақпарат денсаулық пен жеке өмірге қатысты заңды мәселелерге де әкелуі мүмкін.

Бөлімнің қысқаша мазмұны

Тұтас геномды реттілік генетикалық ауруларды емдеуге арналған ең соңғы қолжетімді ресурс болып табылады. Кейбір дәрігерлер өмірді сақтап қалу үшін тұтас геномды секвенирлеуді қолданады. Геномиканың көптеген өнеркәсіптік қолданбалары бар, соның ішінде биоотын әзірлеу, ауыл шаруашылығы, фармацевтика және ластануды бақылау. Барлық қазіргі кезеңдік стратегиялардың негізгі принципі тізбекті тоқтату әдісін қамтиды.

Адам геномының тізбегі медицина мамандарына негізгі түсінік беретініне қарамастан, зерттеушілер түрдің геномын жақсырақ түсіну үшін модельдік ағзалардың тұтас геномдық тізбектерін пайдаланады. Автоматтандыру және тұтас геномды секвенирлеу құнының төмендеуі болашақта жеке медицинаға әкелуі мүмкін.

Глоссарий


Тұтас геномды реттілік

Авторы: Dr. Брэндон Колби MD, геномика және жеке профилактикалық медицина саласындағы дәрігер-сарапшы.

сияқты терминдерді естіген боларсыз толық геномды секвенирлеу және геномика және олар футуристік фильмнің сценарийінен шыққан сияқты деп ойлады. Бірақ шын мәнінде, секвенирлеу технологиялары әлемнің көптеген бөліктерінде оңай қол жетімді және олар адам генетикасы мен өз денсаулығымыз туралы көбірек түсіну үшін өте пайдалы болуы мүмкін.

Адам геномында ата-тегімізден бастап белгілі бір генетикалық ауруларды дамыту немесе оларды балаларымызға беру қаупіне дейін әрқайсымыз туралы көптеген ақпарат бар. As a result, it’s no wonder DNA sequencing is becoming a widely used tool in both research and healthcare.

What Is Whole Genome Sequencing?

Put simply, whole genome sequencing (WGS) is a genetic testing technology that allows us to determine how our DNA is confirmed. In order to understand this testing procedure better, let’s take a look at what DNA is, how it’s formed, and what it does.

Deoxyribonucleic acid, more commonly known as DNA, is the molecule that contains all living organisms’ genetic codes. All the living beings that have been identified and examined contain DNA, from complex mammals such as humans to simple organisms like bacteria.

DNA is made up of molecules called nucleotides. These nucleotides act as the basic building blocks of our DNA and are composed of three distinct parts:

The nitrogenous base portion of each nucleotide can be adenine (A), cytosine (C), guanine (G), and thymine (T). These bases are “strung together” during DNA replication. Practically all the cells that exist in our bodies contain DNA, with only a few known exceptions — such as mature hair cells.

The nitrogenous bases are replicated in a specific order, and they form base pairs by binding to a base from a parallel strand — A always binds to T, while C always binds to G —, forming the familiar double helix DNA image that we all know. One of the key features of DNA is that it can replicate itself constantly to create new cells that are identical to their parental cell.

Understanding the Science of DNA

While DNA is formed by two strands of nucleotides that are bound together, a simpler molecule called RNA is formed by a single strand. In humans, RNA molecules act as a messenger and transfer molecules that carry genetic information during the DNA transcription process.

Nitrogenous bases are the portion of our DNA that contains genetic information, and the “patterns” created by these bases in our DNA determine our genetic makeup - specific DNA sequences form genes. Each gene has coding regions that function almost like a blueprint for cells since they contain “instructions” that tell cells in our body how to synthesize amino acids to form different proteins.

There are only 20 amino acids, but they can be combined in different ways to create thousands of different proteins, each with its own structure and function. Proteins carry out a wide range of processes inside our bodies, depending on their type. If there are abnormal variations in our DNA sequence, these instructions could be faulty and lead to various health issues.

However, not all of our DNA is conformed by protein-coding genes — in fact, nearly 99 percent of all our DNA is made up of non-coding DNA, meaning that it doesn’t contain instructions for protein-coding. For a long time, scientists thought that non-coding DNA didn’t have a specific function however, we’re learning more about the purpose of non-coding DNA every day.

Some parts of our non-coding DNA act as regulatory agents that activate or repress DNA transcription, whereas others contain instructions for the synthesis of RNA, among other functions. Therefore, sequencing our non-coding DNA and RNA can also tell us a lot about human health, since it also plays an important role in genetics.

Chromosomes are long strands of DNA that contain our genes — humans normally have 23 pairs of chromosomes. We each receive two versions of the same gene — one from each of our biological parents. The different versions of a gene are called alleles, and they determine the biological traits that we will express, such as eye or hair color.

Some alleles are dominant (meaning that you only need one copy of the same allele to express its associated characteristic), whereas others are recessive (meaning that you need to inherit two copies of the same allele to express that characteristic). This explains why DNA testing results will be different for everyone, even for full siblings.

The human genome is the compilation of all the genetic information that each person contains, regardless of whether it’s coding or non-coding.

What Is a Whole Genome Sequencing DNA Test

A ⁠whole genome sequencing DNA test is a type of genetic test used to determine the order of the nucleotides that form our entire genome — both coding and non-coding —, allowing scientists and physicians to ascertain whether an individual’s DNA sequence contains any abnormalities.

Genetic testing offers a wide array of benefits for scientific research, genetic counseling, individualized medical care, and even public health initiatives.

The original technology used for whole genome sequencing was called Sanger sequencing or chain termination method, and it was invented in 1977. Although this method was revolutionary for its time, it was also very slow and expensive.

When DNA testing was first used, the data analysis required to sequence just one person’s DNA could take years to complete.

The Sanger method was later automated to make the process faster the automated version of this method was used to complete portions of the Human Sequencing Project, which was a wide-scale, international project that sequenced the base pairs that make up human DNA for the first time.

The Sanger method is still used today to sequence shorter DNA fragments, but newer sequencing methods have made the turnaround time of DNA tests faster while reducing sequencing costs.

These methods also called high-throughput or next-generation sequencing methods have made large-scale DNA testing accessible to a wider audience since they only require a few days to analyze a genome test while still producing high-quality results.

There are several types of DNA tests, and each process genetic information differently and for different purposes. Some types of DNA testing include:

  • Whole genome sequencing (WGS)
    • ​As stated above, WGS sequences the entirety of our genome data, including both coding and non-coding DNA. As its name suggests, this type of genetic testing can identify variations in any part of your genome.
    • Available from Sequencing.com, Illumina, and Oxford Nanopore.
    • Rather than sequencing an individual’s entire genome, this test only sequences the parts of their DNA and RNA that contain coding instructions, which are also known as exons. Many of the genetic mutations that lead to genetic disorders happen in the exome (which is the combination of all our exons), which is why this test can still be very useful despite the fact that it doesn’t analyze your entire genome.
    • Available from Illumina, GeneDx, and Ambry Genetics.
    • ​This method isolates specific regions of DNA to analyze them for mutations. This technique can identify variations in specific genes, which can be very useful if you only need to diagnose or rule out distinct variations — for example, when screening for a particular genetic disease.
    • Available from Illumina, GeneDx, and Ambry Genetics.
    • This test measures the variations of single nucleotide polymorphisms (SNPs) against reference genome fragments from members of the same species. SNPs are variations that occur in a single base pair of your DNA. SNPs are the most common type of genetic variation, and SNP genotyping can determine the set of variants that are present in a person’s DNA. Single SNP annotations can also be used in conjunction with WGS to assess the frequency of rare genetic variants and their consequences.
    • Available from Sequencing.com, 23andMe, Ancestry.com, MyHeritage, and FamilyTreeDNA.

    Whole genome sequencing and other sequencing methods shouldn’t be confused with DNA profiling, which is simply used to determine the likelihood of a DNA sample coming from a specific source. DNA profiling is widely used to help solve criminal investigations, but it doesn’t provide any further genomic data.

    Purpose of Whole Genome Sequencing

    For most of known history, human genetics and the role that genes play in our health were a mystery. In fact, DNA and genes are a relatively modern concept — the molecular structure of DNA was only identified in the 1950s. But thanks to the advent of DNA sequencing, scientists can now analyze raw DNA data to understand human health, how certain diseases work, and what we can do to prevent or treat illnesses more efficiently.

    The main objective behind DNA tests, in general, is to identify whether there are any mutations in your DNA that could cause health problems. These tests can also provide information about your genealogy, which can be fascinating on a personal level but also helpful when it comes to determining your risk for certain diseases.

    The information provided by genetic testing is also important for public health since it can be used to guide interventions and individualize them according to the genetic characteristics of different population groups.

    Genome Sequencing and Personalized Medicine

    Whole genome sequencing will play a very big role in the future of personalized medicine. For example, whole genome sequencing provides enough data to personalize therapeutic approaches and treatments to diseases so you’re most likely to receive a treatment that will provide the most benefit with the least risk of side effects.

    Instead of using the same treatment on all patients who suffer from the same condition, physicians could use sequencing data to individualize each patient’s management.

    These advancements wouldn’t just potentially improve patients’ outcomes — they could also help create a more comfortable patient experience since patients won’t have to test different treatments in order to find the right fit for them. Additionally, it could help lower healthcare costs and improve the workflow at medical facilities by providing a straightforward way to decide between different treatment options.

    DNA testing is also used in prenatal genetic counseling, especially for future parents who have a family history of genetic diseases or pregnancy loss. In some cases, genetic testing may be necessary to understand the cause of a patient’s fertility issues. WGS could also be used to detect illnesses and genetic abnormalities in unborn fetuses.

    Whole genome sequencing hasn’t been exclusively applied to humans. Sequencing the DNA of bacterial organisms and other pathogens can help scientists understand the disease better, determine the origin of new mutations, synthesize new medications and vaccines, combat drug-resistant pathogens, and even contain outbreaks of contagious diseases around the world.

    What Can Whole Genome Sequencing Reveal?

    One of the main reasons why whole genome sequencing tests have become so popular is because they help ascertain your predisposition to certain diseases. Specific variations in your DNA sequence can cause genetic disorders some of these mutations are inherited from one or both parents, whereas other variations occur de novo — meaning that this is the first time that this variation is present in a member of a family.

    But DNA sequencing can also tell us a lot about non-genetic disorders. When we think of genetic testing, our mind immediately goes to inherited rare diseases, but DNA testing can tell you whether you’re at risk of developing more common health conditions, such as high blood pressure or diabetes.

    This information can also inform other family members of possible health risks, even if they’re not the ones who took the DNA test.

    Some patients may be advised by their physician to take a DNA sequencing test to provide an accurate diagnosis for their symptoms after failing to discover their cause through other methods — WGS has been successfully used to diagnose genetic disorders in gravely-ill children and to modify the therapeutic management they received.

    Others may simply choose to take a DNA test to learn more about their ancestry. Since WGS analyzes your entire genome, it may reveal unexpected variations that aren’t currently related to any physical symptoms. These variations are often called “secondary findings”.

    Keep in mind that not all genetic variations will automatically generate a disease. Certain genetic changes increase a person’s risk of developing a health condition, such as breast cancer. Depending on the disease, this predisposition can be mitigated through medical treatment or lifestyle changes.

    Other genetic variants are benign and don’t affect our health at all. And in other cases, the exact implications of a genetic variant are still unknown — these variants are also known as “variants of uncertain significance”. It’s always important to discuss the results of your sequencing test with a specialist, such as a geneticist.

    WGS can also reveal your ancestry with a significant degree of accuracy. To do so, a sequencing service will compare the SNPs in your DNA against reference sequences from specific ethnic populations.

    SNPs have been found to be inherited through generations, which is why they’re reliable indicators that can be used to compare your DNA against different populations around the world, thus determining your most likely DNA ancestry. For this reason, SNP sequencing is also valuable in the field of evolutionary biology.

    How Is Whole Genome Sequencing Done

    In the past, genotyping human DNA was a long and expensive process — in fact, the Human Genome Project lasted 13 years —, but now, you can use a DNA kit from the comfort of your own home and get results in a few weeks.

    There are several modern DNA sequencing methods, including:

    • Illumina dye sequencing
    • Pyrosequencing
    • Single-molecule real-time (SMRT) sequencing
    • Nanopore sequencing

    In most cases, once you purchase a commercial direct-to-consumer sequencing test, you’ll receive a collection kit that you’ll be able to use at home. You’ll be instructed to swab the inside of your cheek and place the swab inside a labeled container before shipping it back to the provider.

    Collecting samples using these DNA testing kits is safe, quick, and painless. In other cases, the sample may be collected at a doctor’s office or lab.

    Since the human genome contains so much information, DNA tests can’t analyze it all at once. Instead, these methods use different techniques to break DNA into smaller pieces, and a sequencer is used to determine the order of the nucleotides in each of these DNA fragments. Then, bioinformatic technology is used to put all the pieces back together correctly so that they can be analyzed.

    Whole Genome Sequencing Results

    Depending on the type of DNA test that you’ve purchased, you’ll receive your results in a few days or weeks. Whole genome sequencing provides the most comprehensive type of genomic characterization that is currently available. Each whole genome sequencing test generates a colossal amount of data — after all, the human genome contains approximately 3 billion base pairs.

    But you won’t be receiving the sequencing results of 3 billion base pairs after mailing your DNA test kit back to the provider, of course. This amount of information would be practically impossible to process, even for a healthcare provider or scientist.

    Instead, your results will detail pertinent information regarding your health and genetic makeup. WGS can identify many types of variations in your DNA, such as single nucleotide variants, insertion/deletion (indel) polymorphisms in a specific nucleotide sequence, structural variants, copy number variants, among others.

    The results of a DNA testing kit can provide a wide range of information, including:

    • Single-gene or Mendelian disorders: as their name suggests, these disorders affect a single gene.
      • Your WGS will determine whether you suffer from one of these disorders or are at risk of developing one later on or passing one down to your children.
      • Single-gene disorders include sickle cell anemia, Huntington’s disease, cystic fibrosis, or muscular dystrophy.
      • As we mentioned earlier, this also means that your risk of developing these diseases can often be mitigated through medical intervention or a healthier lifestyle.
      • Some of these conditions include obesity, hypertension, and diabetes.
      • This data can be used to provide individualized medical care, decrease drug toxicity, and adjust medication dosages.

      Additionally, whole genome sequencing can also provide information regarding your ethnicity, ancestry, overall health and wellbeing, nutrition and fitness insights, and much more.

      Whole Genome Sequencing Cost

      Once upon a time — or really, just a few short decades ago — it would have been practically impossible for a private individual to cover the costs of having their DNA sequenced.

      But newer high-throughput sequencing methods can handle whole genomes quickly. In fact, certain modern sequencer machines (also called sequencing “platforms”) can even provide same-day results for small DNA fragments.

      As the processes involved in DNA sequencing have become faster and easier to access, the costs associated with testing have also gone down.

      As recently as 2009, genomic testing could cost approximately $50,000 per individual genome. Now, several companies offer whole genome sequencing for anywhere between $400 to $600, although some companies do charge higher prices.

      Whole Genome Sequencing Service

      In recent years, more and more biotechnology companies have started to offer genetic tests. Illumina is one of the biggest stakeholders in the field of genomics, having patented several different sequencer machines and DNA tests. They offer various sequencing platforms to fit different needs, from traditional whole-genome sequencing platforms used in clinics and research labs, to sequencers that can identify specific diseases.

      Other major genomics companies include Thermo Fisher Scientific and Oxford Nanopore Technologies — the latter of which created an innovative USB sequencer that can be attached to a desktop computer, opening the possibility of portable and convenient DNA sequencing tests.

      Pacific Biosciences is another important biotechnology company. They have introduced a type of real-time sequencing technology that is able to provide the longest DNA reads to date — 10,000 base pairs at once, compared to approximately 150 base pairs at once through other sequencing platforms. If perfected, this new approach could make DNA testing even faster and more accessible than ever before.

      Other companies that provide DNA sequencing include Knome, Sequenom, 454 Life Sciences, Life Sciences, BGI, Helicos Biosciences, Veritas Genetics, Complete Genomics, Affymetrix, and IBM, among others. Not surprisingly, the advent of new whole genomic sequencing technologies has generated public discussion surrounding their ethical implications, and the need to ensure the privacy of individuals who choose to take one of these DNA tests.

      We can’t stress how important it is to research your chosen provider before taking a genome test in order to understand their privacy and data protection policies.

      If you want to learn more about whole genome sequencing, head over to our education center to discover more in-depth articles on this innovative technique.

      1. Rui Yin, Chee Keong Kwoh, Jie Zheng. ⁠Whole Genome Sequencing Analysis. Encyclopedia of Bioinformatics and Computational Biology, Academic Press, 2019, Pages 176-183. ISBN 9780128114322.
      2. University of Leicester. ⁠Gene Expression and Regulation. Retrieved 2021 March 9.
      3. ⁠What are whole exome sequencing and whole genome sequencing? Medline Plus. Retrieved 2021 March 9.
      4. Razvan Cojocaru, Peter J Unrau. ⁠Origin of life: Transitioning to DNA genomes in an RNA world. Simon Fraser University, Canada. Nov 1, 2017. eLife 20176:e32330 DOI: 10.7554/eLife.32330.
      5. Center for Genomics and Global Health. ⁠Why genomics? Retrieved 2021 March 9.
      6. Steinberg, K. M., Okou, D. T., & Zwick, M. E. (2008). ⁠Applying rapid genome sequencing technologies to characterize pathogen genomes. Analytical Chemistry, 80(3), 520–528.
      7. Lewis, T. (2013, April 14). ⁠Human genome project marks 10th anniversary. In LiveScience. Retrieved 2021 March 9.
      8. National Human Genome Research Institute. (2016, January 15). ⁠DNA sequencing costs. In Large-scale genome sequencing and analysis centers (LSAC). Retrieved 2021 March 9.
      9. Fermín J. González-Melado, Chapter 12 - ⁠Whole-Genome Sequencing as a Method of Prenatal Genetic Diagnosis. Clinical Ethics At the Crossroads of Genetic and Reproductive Technologies, Academic Press, 2018, Pages 263-291, ISBN 9780128137642.
      10. Thermo Fisher Scientific. (2016). ⁠Sanger sequencing method. In Sanger Sequencing. Retrieved 2021 March 9.
      11. Thomas PE, Klinger R, Furlong LI, Hofmann-Apitius M, Friedrich CM (2011). ⁠Challenges in the association of human single nucleotide polymorphism mentions with unique database identifiers. BMC биоинформатика. 12 Suppl 4: S4. DOI:10.1186/1471-2105-12-S4-S4.
      12. Mizzi C, Peters B, Mitropoulou C, Mitropoulos K, Katsila T, Agarwal MR, van Schaik RH, Drmanac R, Borg J, Patrinos GP. ⁠Personalized pharmacogenomics profiling using whole-genome sequencing. Pharmacogenomics. 2014 Jun15(9):1223-34.

      ⁠Dr. Brandon Colby MD is a US physician specializing in the personalized prevention of disease through the use of genomic technologies. He’s an expert in genetic testing, genetic analysis, and precision medicine. Dr. Colby is also the Founder of Sequencing.com and the author of ⁠Outsmart Your Genes.

      Dr. Colby holds an MD from the Mount Sinai School of Medicine, an MBA from Stanford University’s Graduate School of Business, and a degree in Genetics with Honors from the University of Michigan. He is an Affiliate Specialist of the American College of Medical Genetics and Genomics (⁠ACMG), an Associate of the American College of Preventive Medicine (⁠ACPM), and a member of the National Society of Genetic Counselors (⁠NSGC)


      Sequencing breakthroughs for genomic ecology and evolutionary biology

      Techniques involving whole-genome sequencing and whole-population sequencing (metagenomics) are beginning to revolutionize the study of ecology and evolution. This revolution is furthest advanced in the Bacteria and Archaea, and more sequence data are required for genomic ecology to be fully applied to the majority of eukaryotes. Recently developed next-generation sequencing technologies provide practical, massively parallel sequencing at lower cost and without the requirement for large, automated facilities, making genome and transcriptome sequencing and resequencing possible for more projects and more species. These sequencing methods include the 454 implementation of pyrosequencing, Solexa/Illumina reversible terminator technologies, polony sequencing and AB SOLiD. All of these methods use nanotechnology to generate hundreds of thousands of small sequence reads at one time. These technologies have the potential to bring the genomics revolution to whole populations, and to organisms such as endangered species or species of ecological and evolutionary interest. A future is now foreseeable where ecologists may resequence entire genomes from wild populations and perform population genetic studies at a genome, rather than gene, level. The new technologies for high throughput sequencing, their limitations and their applicability to evolutionary and environmental studies, are discussed in this review.


      Автор туралы ақпарат

      These authors contributed equally: Wenyan Nong, Zhe Qu, Yiqian Li, Tom Barton-Owen, Annette Y. P. Wong.

      Филиалдар

      School of Life Sciences, Simon F.S. Li Marine Science Laboratory, State Key Laboratory of Agrobiotechnology, The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China

      Wenyan Nong, Zhe Qu, Yiqian Li, Tom Barton-Owen, Annette Y. P. Wong, Ho Yin Yip, Hoi Ting Lee, Satya Narayana, Jianquan Cao & Jerome H. L. Hui

      Centre for Ecology and Conservation, University of Exeter, Penryn, UK

      Tobias Baril & Alexander Hayward

      Dovetail Genomics, Scotts Valley, CA, USA

      State Key Laboratory of Agrobiotechnology, School of Life Sciences, The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China

      Ting Fung Chan & Sai Ming Ngai

      School of Life Sciences, The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China

      School of Biological Sciences, The University of Hong Kong, Hong Kong, China

      Leibniz Institute of Natural Product Research and Infection Biology – Hans Knöll Institute, Jena, Germany

      Department of Ocean Science and Hong Kong Branch of Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou), Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong, China

      Department of Biology, Hong Kong Baptist University, Hong Kong, China

      Department of Computer Science and Engineering, The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China

      Institute of Marine Biotechnology, Universiti Malaysia Terengganu, Terengganu, Malaysia

      Department of Bioscience and Biotechnology, Fakir Mohan University, Balasore, India

      Institute of Tropical Biodiversity and Sustainable Development, University Malaysia Terengganu, 20130, Kuala Nerus, Terengganu, Malaysia

      Research Division, Association for Biodiversity Conservation and Research (ABC), Odisha, 756003, India

      Institute of Oceanography and Maritime Studies (INOCEM), Kulliyyah of Science, International Islamic University, Kuantan, Malaysia

      Department of Cell and Systems Biology, University of Toronto, Toronto, Canada

      Department of Biology, Queen’s University, Toronto, Canada

      Department of Chemistry, City University of Hong Kong, Hong Kong, China

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Сондай-ақ бұл авторды PubMed Google Scholar қолданбасында іздеуге болады

      Үлестер

      J.H.L.H. conceived and supervised the study. W.N. carried out the genome assemblies and analyses, gene model predictions, microRNA mapping, and synteny analyses. Z.Q. carried out the microRNA annotation, final checking microRNA copies and arm switching analyses. Y.L. carried out the homeobox gene analyses, synteny analyses, and the SNP analyses in populations. T.B.O. carried out the homeobox gene identifications and tree construction. A.Y.P.W. carried out the gene and microRNA copies analyses and arm switching analyses. H.Y.Y. provided animal husbandry and logistics. H.T.L. carried out novel microRNA analyses. S.N. carried out the population structure analyses. T.B. and A.H. performed the T.E. талдаулар. T.S. involved in the final version of genome assembly, and J.C. involved in earlier version of genome assembly. T.F.C., H.S.K., S.M.N., G.P., P.Y.Q., J.W.Q., K.Y.Y., S.S.T., W.G.B., S.G.C., J.H.L.H. applied and obtained the funding. N.I., S.P., A.J., S.G.C. collected and provided samples in field. S.S.T., W.G.C., S.G.C., A.H., J.H.L.H. drafted the first version of the manuscript. All authors provided comments and approved the manuscript.

      Корреспондент автор


      Бейнені қараңыз: ГЕНДЕ ЖАЗЫЛҒАН ҚҰПИЯ ҚАЛАЙ АНЫҚТАЛДЫ. ДНҚ-ны секвенирлеуДНҚ-ны секвенирлеудің Сенгер әдісі (Шілде 2022).


Пікірлер:

  1. Gardashicage

    Келісіңіз, сіздің идеяңыз өте жақсы

  2. Goltitaxe

    Иә, шынымен. Бұл болады. Біз осы тақырып бойынша сөйлесе аламыз. Мұнда немесе кешкі уақытта.

  3. Nejar

    Менің ойымша, сіз дұрыс емессіз. Мен оны дәлелдей аламын.

  4. Devonn

    Nice idea

  5. Omawnakw

    Бұл келіседі, тамаша сөз тіркесі



Хабарлама жазыңыз