Analiza sekwencji

sekwencja par zasad DNA

Sekwencja DNA to sekwencja nukleotydów w cząsteczce DNA. Jest ona zapisywana jako ciąg liter reprezentujących pierwotną strukturę cząsteczki lub nici DNA. Jeśli jest funkcjonalna, sekwencja taka niesie informację o sekwencji aminokwasów w cząsteczce białka. Możliwe litery to A, C, G i T, reprezentujące cztery zasady nukleotydowe nici DNA - adenina, cytozyna, guanina, tymina. Sekwencje są drukowane obok siebie, bez odstępów, jak w sekwencji AAAGTCTGAC.

Badanie RNA i białek jest bardziej złożone. Ogólna struktura DNA jest prosta i przewidywalna (podwójna helisa). Badanie RNA i białek musi obejmować badanie ich trójwymiarowej struktury, która jest zróżnicowana i wpływa na sposób ich działania. Do pewnego stopnia może to być wspomagane komputerowo, ale musi być każdorazowo weryfikowane.

Informacje o sekwencjach przechowywane są w bazach danych. Od czasu rozwoju szybkiej produkcji sekwencji genów i białek w latach 90-tych, tempo dodawania nowych sekwencji do baz danych stale wzrasta.

Wynik

Pełna analiza genomu została przeprowadzona na ponad 800 gatunkach i szczepach. Pracę wykonuje maszyna - sekwenator DNA, która analizuje sygnały świetlne z fluorochromów przyłączonych do nukleotydów. Tego typu prace stają się stopniowo coraz tańsze.

"Obecnie [2009] istnieje ponad 90 gatunków kręgowców, których sekwencje całych genomów są ukończone, w trakcie realizacji lub na zaawansowanym etapie planowania.

Sumy przybliżone

Według stanu na grudzień 2012, analiza całego genomu została zakończona na około 800 do 900 żyjących gatunkach i szczepach gatunków. Liczby są przybliżone i ulegają zmianie.

• Zwierzęta: 111 gatunków
• Rośliny: 53 gatunki
• Grzyby: 81 gatunków
• Protisty: 50 gatunków
• Archaea: 139 gatunków i szczepów
• Bakterie: ~4/500 gatunków i szczepów

Sekwencja DNA człowieka

Ludzki genom zapisany jest na 23 parach chromosomów w jądrze komórkowym oraz w małym mitochondrialnym DNA. Wiele wiadomo już o sekwencjach DNA, które znajdują się na naszych chromosomach. Częściowo wiadomo też, co tak naprawdę robi DNA. Zastosowanie tej wiedzy w praktyce dopiero się zaczyna.

W ramach projektu Human Genome Project (HGP) stworzono sekwencję referencyjną, która jest wykorzystywana na całym świecie w biologii i medycynie. Nature opublikowało raport z projektu finansowanego ze środków publicznych, a Science opublikowało pracę firmy Celera. Prace te opisywały, w jaki sposób powstał projekt sekwencji i przedstawiały jej analizę. W latach 2003 i 2005 ogłoszono poprawione wersje robocze, wypełniające do ≈92% sekwencji.

Najnowszy projekt ENCODE bada sposób, w jaki geny są kontrolowane.

Praca kryminalistyczna

Posiadanie sekwencji całego genomu nie jest konieczne w przypadku prac kryminalistycznych, takich jak identyfikacja przestępcy na podstawie śladów DNA pozostawionych na miejscu zbrodni, czy w przypadku spraw o ustalenie ojcostwa. Obecnie sekwencjonowanie całych genomów jest nadal bardzo drogie, ale na szczęście dostępne są prostsze i tańsze metody.

Podstawową ideą jest spojrzenie na pewne loci (miejsca) w genomie, które są wysoce zmienne między ludźmi. Około 10 do 15 z tych loci jest potrzebnych do dopasowania, a szczegóły prawne różnią się w zależności od kraju. Zgodność próbki z podejrzaną osobą daje ogromne prawdopodobieństwo, że osoba ta była źródłem próbki. Dowód ten stanowiłby podstawę oskarżenia w sprawie o przestępstwo. Podobna analiza wykazałaby, że mężczyzna z dużym prawdopodobieństwem jest ojcem dziecka. Jest to tak naprawdę nowoczesny sposób robienia tego, co robiono z grupami krwi, zanim można było analizować szczegóły DNA. Metody te zostały opracowane głównie dzięki pracy Aleca Jeffreysa.

DNA każdej osoby zawiera dwa allele danego genu lub 'markera': jeden od ojca i jeden od matki. Markery" to geny wybrane ze względu na liczbę różnych alleli występujących często w danej populacji. Poniższa tabela pochodzi z komercyjnego eksperymentu badania DNA na ojcostwo. Pokazuje ona, w jaki sposób pokrewieństwo między rodzicami a dzieckiem jest wykazywane za pomocą pięciu markerów:

Marker DNA	Matka	Dziecko	Domniemany ojciec
D21S11	28, 30	28, 31	29, 31
D7S820	9, 10	10, 11	11, 12
TH01	14, 15	14, 16	15, 16
D13S317	7, 8	7, 9	8, 9
D19S433	14, 16.2	14, 15	15, 17

Wyniki pokazują, że DNA dziecka i domniemanego ojca pasują do siebie dla tych pięciu markerów. Kompletne wyniki testu wykazały taką korelację na 16 markerach między dzieckiem a badanym mężczyzną. Jeśli sprawa jest badana w sądzie, naukowiec z zakresu medycyny sądowej złożyłby zeznania na temat prawdopodobieństwa uzyskania takiego wyniku przez przypadek.

Badania DNA w USA

We wszystkich 50 stanach Stanów Zjednoczonych istnieją przepisy stanowe dotyczące profilowania DNA. Szczegółowe informacje na temat przepisów dotyczących baz danych w poszczególnych stanach można znaleźć na stronie internetowej Krajowej Konferencji Ustawodawstwa Stanowego (National Conference of State Legislatures).

Chemik Urzędu Celnego i Ochrony Granic USA odczytuje profil DNA, aby dowiedzieć się, skąd pochodzi towar.

Starożytne DNA

Starożytne DNA zostało odzyskane z niektórych źródeł. Rekord przetrwania DNA nadającego się do analizy sekwencji wynosi 700 000 lat. Szkielet konia zakopany w wiecznej zmarzlinie dostarczył kości z zachowanym DNA. Sekwencja była kompletna tylko w 70%, ale wystarczyła, by naukowcy mogli stwierdzić: "Nie wyglądałby jak koń, jakiego znamy... ale spodziewalibyśmy się, że byłby to koń jednokopytny". Dla porównania, badacze mieli dostęp do sekwencji DNA współczesnych koni, osłów i konia Przewalskiego.

Powiązane strony

• George Church
• Walter Gilbert
• John Sulston
• Fred Sanger
• ENCODE: pełna analiza ludzkiego genomu
• Genom ludzki
• Complete Genomics
• Bioinformatyka