Ce este secvențierea ADN?
Secvențierea ADN este metoda prin care se determină ordinea celor patru baze nucleotide (adenină, timină, citozină și guanină) care alcătuiesc molecula de ADN și care transmit informații genetice importante. În dubla spirală a ADN, cele patru baze se leagă cu partenerul specific pentru a forma unități numite perechi de baze (bp). Adenina (A) se împerechează cu timina (T), iar citosina (C) se împerechează cu guanina (G). Genomul uman conține aproximativ 3 miliarde de perechi de baze care furnizează instrucțiunile pentru crearea și întreținerea unei ființe umane. Structura pe bază de perechi de baze face ca secvența de ADN să fie foarte potrivită pentru stocarea unei cantități vaste de informații genetice. Această împerechere de baze complementare stă la baza mecanismului prin care moleculele de ADN sunt copiate, transcrise și traduse, iar această împerechere stă, de asemenea, la baza celor mai multe dintre metodele de secvențiere a ADN-ului. Datorită îmbunătățirii extraordinare a tehnologiilor și metodelor de secvențiere a ADN-ului, secvențierea întregului genom a devenit posibilă și accesibilă.
Metode de secvențiere a ADN-ului
Secvențierea Sanger a fost descoperită de biochimistul englez Frederick Sanger în anii 1970. Metoda Sanger este o metodă clasică de secvențiere a ADN-ului care utilizează ddNTP-uri fluorescente (dideoxinucleotide, N = A, T, G sau C) pentru a preveni adăugarea unei alte nucleotide. Puteți vizualiza articolul nostru „Secvențierea Sanger: Introduction, Principle, and Protocol’ pentru a afla mai multe despre această metodă.
Tehnologiile de secvențiere de generație următoare (NGS, cunoscută și sub numele de secvențiere masivă paralelă) au suplinit în mare măsură secvențierea Sanger, având avantaje cum ar fi randamentul ridicat, eficiența costurilor și rapiditatea. NGS poate determina de ordinul a milioane de fragmente simultan. NGS este o secvențiere cu citire scurtă care necesită construirea unei biblioteci de fragmente mici, urmată de o secvențiere profundă, preprocesarea datelor brute, alinierea secvențelor de ADN, asamblarea, adnotarea și analiza în aval.
Secvențierea emergentă de a treia generație, cunoscută și sub numele de secvențiere cu citire lungă, inclusiv secvențierea PacBio SMRT și secvențierea Oxford nanopore, poate examina miliarde de șabloane de ADN și ARN și poate detecta simultan metilații variabile fără distorsiuni. Metodele cu citire lungă pot detecta mai multe variații, dintre care unele nu pot fi observate doar cu secvențierea cu citire scurtă.
Figura 1. Istoricul tehnologiilor de secvențiere a ADN-ului.
Aplicații ale tehnologiilor de secvențiere a ADN-ului
Secvențierea ADN-ului dezvăluie informația genetică care este purtată într-un anumit segment de ADN, un genom întreg sau un microbiom complex. Oamenii de știință pot utiliza informațiile de secvențiere pentru a determina ce gene și instrucțiuni de reglementare sunt conținute în molecula de ADN. Secvența de ADN poate fi analizată pentru a detecta trăsăturile caracteristice ale genelor, cum ar fi cadrele de lectură deschise (ORF) și insulele CpG. Secvențele de ADN omoloage din diferite organisme pot fi comparate pentru analiza evolutivă între specii sau populații. În special, secvențierea ADN poate dezvălui modificări într-o genă care pot cauza o boală.
Secvențierea ADN a fost utilizată în medicină, inclusiv în diagnosticarea și tratamentul bolilor și în studiile epidemiologice. Secvențierea are puterea de a revoluționa siguranța alimentară și agricultura durabilă, inclusiv sănătatea animală, vegetală și publică, îmbunătățind agricultura prin ameliorarea eficientă a plantelor și a animalelor și reducând riscurile legate de izbucnirea unor boli. În plus, secvențierea ADN poate fi utilizată pentru protejarea și îmbunătățirea mediului natural atât pentru oameni, cât și pentru animalele sălbatice.