Co je sekvenování DNA?
Sekvenování DNA je metoda, která určuje pořadí čtyř nukleotidových bází (adeninu, thyminu, cytosinu a guaninu), které tvoří molekulu DNA a zprostředkovávají důležité genetické informace. Ve dvojité šroubovici DNA se tyto čtyři báze spojují se specifickým partnerem a vytvářejí jednotky nazývané páry bází (bp). Adenin (A) se páruje s thyminem (T) a cytosin (C) s guaninem (G). Lidský genom obsahuje přibližně 3 miliardy párů bází, které poskytují instrukce pro vytvoření a udržení lidské bytosti. Díky bázové párové struktuře je sekvence DNA vhodná pro uložení obrovského množství genetické informace. Toto komplementární párování bází je základem mechanismu, kterým se kopírují, přepisují a překládají molekuly DNA, a párování je také základem většiny metod sekvenování DNA. Díky obrovskému zdokonalení technologií a metod sekvenování DNA se stalo možné a cenově dostupné sekvenování celého genomu.
Metody sekvenování DNA
Sangerovo sekvenování objevil anglický biochemik Frederick Sanger v 70. letech 20. století. Sangerova metoda je klasická metoda sekvenování DNA, která využívá fluorescenční ddNTP (dideoxynukleotidy, N = A, T, G nebo C), aby se zabránilo přidání dalšího nukleotidu. Můžete si prohlédnout náš článek „Sangerovo sekvenování: Více informací o této metodě naleznete v článku „Úvod, princip a protokol“.
Technologie sekvenování nové generace (NGS, známé také jako masivně paralelní sekvenování) do značné míry vytlačily Sangerovo sekvenování díky výhodám, jako je vysoká propustnost, nákladová efektivita a rychlost. NGS dokáže určit řádově miliony fragmentů současně. NGS je sekvenování s krátkými čteními, které vyžaduje konstrukci knihovny malých fragmentů, po níž následuje hloubkové sekvenování, předzpracování surových dat, zarovnání sekvence DNA, sestavení, anotace a následná analýza.
Nově vznikající sekvenování třetí generace, známé také jako sekvenování s dlouhými čteními, včetně sekvenování PacBio SMRT a oxfordského nanoporového sekvenování, může zkoumat miliardy templátů DNA a RNA a současně detekovat variabilní metylace bez zkreslení. Metody s dlouhými čteními mohou detekovat více variací, z nichž některé nelze pozorovat pouze pomocí sekvenování s krátkými čteními
Obrázek 1. Historie technologií sekvenování DNA.
Aplikace technologií sekvenování DNA
Sekvenování DNA odhaluje genetickou informaci, která je nesena v určitém úseku DNA, celém genomu nebo komplexním mikrobiomu. Vědci mohou pomocí sekvenčních informací určit, které geny a regulační pokyny jsou v molekule DNA obsaženy. V sekvenci DNA lze zjišťovat charakteristické znaky genů, jako jsou otevřené čtecí rámce (ORF) a ostrůvky CpG. Homologické sekvence DNA z různých organismů lze porovnávat pro evoluční analýzu mezi druhy nebo populacemi. Sekvenování DNA může zejména odhalit změny v genu, které mohou způsobit onemocnění.
Sekvenování DNA se používá v medicíně, včetně diagnostiky a léčby nemocí a epidemiologických studií. Sekvenování má sílu způsobit revoluci v oblasti bezpečnosti potravin a udržitelného zemědělství, včetně zdraví zvířat, rostlin a veřejnosti, zlepšit zemědělství prostřednictvím efektivního šlechtění rostlin a zvířat a snížit rizika plynoucí z propuknutí nemocí. Sekvenování DNA lze navíc využít k ochraně a zlepšování přírodního prostředí pro lidi i volně žijící živočichy.
.