डीएनए कैसे अनुक्रमित होता है

हाल के दशकों में डीएनए अनुक्रमण एक संकीर्ण क्षेत्र से विकसित हुआ है, जिसे कम संख्या में वैज्ञानिकों ने सबसे तेजी से बढ़ती प्रौद्योगिकियों में से एक में संभाला था। मूर के नियम से उत्पादकता वृद्धि और गिरने की लागत भी आगे है, और बाजार में मजबूत प्रतिस्पर्धा और भारी मांग के कारण विकास उच्च गति पर जारी रहेगा। इसके अलावा, अनुक्रमण के विकास ने जैव सूचना विज्ञान और मौलिक रूप से परिवर्तित जीव विज्ञान में एक ही उछाल का नेतृत्व किया, और, धीरे-धीरे, मौलिक रूप से दवा भी बदलती है।



Kat द्वारा, मैं आपको इसके बारे में अधिक बताता हूं कि वे इसे कैसे करते हैं।

डीएनए क्या है
शुरुआत के लिए, प्रक्रिया को समझने के लिए, थोड़ा आवश्यक सिद्धांत।
डीएनए एक बहुलक श्रृंखला है जिसमें चार प्रकार के मोनोमर्स होते हैं जिन्हें न्यूक्लियोटाइड कहा जाता है, जिसके अनुक्रम में शरीर के बारे में जानकारी संलग्न होती है। दूसरे शब्दों में, डीएनए को चार-अक्षर वर्णमाला में लिखे गए पाठ के रूप में दर्शाया जा सकता है। डीएनए एक अणु है जिसमें दो श्रृंखलाएं होती हैं, और यद्यपि उनका न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम अलग होता है, एक श्रृंखला के अनुक्रम को स्पष्ट रूप से बहाल किया जा सकता है यदि दूसरे का अनुक्रम ज्ञात हो। इसलिए, जंजीरों को पूरक कहा जाता है। (Eng। पूरक - पूरक) इस गुण का उपयोग एक कोशिका की नकल करते समय किया जाता है जब डीएनए स्ट्रैड अपरिवर्तित होता है, और प्रत्येक पर, जैसा कि मैट्रिक्स पर होता है, दूसरा संश्लेषित होता है, और दो बेटी कोशिकाओं में से प्रत्येक अपने दोहरे फंसे डीएनए को प्राप्त करता है। एक जीव के पूरे डीएनए अनुक्रम को एक जीनोम कहा जाता है। उदाहरण के लिए, मानव जीनोम में 46 गुणसूत्र होते हैं।

बड़ी संख्या में विविध, दोनों प्रयोगात्मक और अप्रचलित तरीकों के बावजूद, मुख्यधारा के वाणिज्यिक तरीके काफी समान हैं, और हर बार आरक्षण नहीं करने के लिए, मैं तुरंत कहता हूं कि यह इन मुख्यधारा के तरीकों के बारे में होगा।

यह सामान्य रूप
से कैसा दिखता है अनुक्रमण तकनीक का वर्णन करने से पहले, एक सहज ज्ञान युक्त समझ के लिए, मैं निम्नलिखित सादृश्य आकर्षित करूंगा: वे समान अखबारों के ढेर को उड़ाते हैं ताकि वे पाठ के टुकड़ों के साथ छोटे टुकड़ों में अलग हो जाएं, और फिर इनमें से प्रत्येक टुकड़े को पढ़ा जाता है और, इन रीड्स से, पाठ को पुनर्स्थापित किया जाता है मूल समाचार पत्र।

डीएनए को अनुक्रमित करने के लिए, इसे पहले परीक्षण नमूने से अलग किया जाता है, फिर छोटे टुकड़ों में यादृच्छिक रूप से काटा जाता है, टुकड़ों को रीड कहा जाता है। प्रत्येक पढ़ने से एक श्रृंखला छोड़ दी जाती है, और दूसरी श्रृंखला को इस श्रृंखला पर संश्लेषित किया जाता है, जैसा कि एक मैट्रिक्स पर होता है, और प्रत्येक बाद के न्यूक्लियोटाइड के प्रकार को संलग्न किया जाता है। इस प्रकार, शामिल न्यूक्लियोटाइड्स के अनुक्रम को रिकॉर्ड करते हुए, प्रत्येक रीड में उनके अनुक्रम को पुनर्स्थापित करें। फिर, जीनोम को कंप्यूटर प्रोग्राम का उपयोग करके कंप्यूटर रीडिंग से फिर से बनाया जाता है।

एक महत्वपूर्ण बिंदु। पढ़े गए डीएनए की लंबाई से रीड की कुल लंबाई कई गुना अधिक होनी चाहिए। ऐसा इसलिए किया जाता है क्योंकि जब डीएनए को नमूने से निकाला जाता है, और जब इसे काटा जाता है, तो इसका कुछ हिस्सा खो जाता है, इसलिए कोई भी गारंटी नहीं देता है कि इसके प्रत्येक खंड में कम से कम एक पढ़ा जाएगा। इसलिए, प्रत्येक अनुभाग को पढ़ने की गारंटी देने के लिए, डीएनए को एक बड़े मार्जिन के साथ लिया जाता है। इसके अलावा, अनुक्रमण के दौरान त्रुटियां हो सकती हैं, और डीएनए को अधिक मज़बूती से पढ़ने के लिए, इसके प्रत्येक खंड को कई बार पढ़ा जाना चाहिए।


डीएनए को उस रीड में काट दिया जाता है, और उससे मूल अनुक्रम को पुनर्स्थापित किया जाता है

इस तकनीक का उपयोग अच्छे जीवन के लिए नहीं किया जाता है। यह कई कठिनाइयों को जोड़ता है, और यदि शोधकर्ता एक बार में जीनोम के पूरे अनुक्रम को ले और पढ़ सकते हैं, तो वे खुश होंगे, हालांकि, यह फिलहाल संभव नहीं है।
इसके 2 कारण हैं। पहली त्रुटियां हैं जो प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड को पढ़ते समय होती हैं। वे धीरे-धीरे जमा होते हैं, और प्रत्येक बाद के न्यूक्लियोटाइड को पिछले एक से भी बदतर पढ़ा जाता है, और कुछ बिंदु पर पढ़ने की गुणवत्ता इतनी कम हो जाती है कि यह प्रक्रिया जारी रखने के लिए व्यर्थ है। विभिन्न अनुक्रमण विधियों के लिए, पढ़ने की लंबाई, जिसे वे अच्छी तरह से पढ़ सकते हैं, दसियों या सैकड़ों न्यूक्लियोटाइड के क्रम पर है। दूसरा यह है कि डीएनए एक बहुत लंबा अणु है, और, मित्र के बाद प्रत्येक पत्र की एक अच्छी तरह से पढ़ने के साथ, अनुक्रमण में एक अशोभनीय समय लगेगा, और इस मामले में यह प्रक्रिया आसानी से समानांतर होती है, और लाखों और अरबों रीडर्स को एक ही समय में पढ़ा जा सकता है।



Illumina
इस तरह की योजना सभी लोकप्रिय अनुक्रमण तकनीकों की रूपरेखा तैयार करती है। वे केवल संश्लेषण के दौरान शामिल न्यूक्लियोटाइड्स का पता लगाने के तरीकों में और सामग्री तैयार करने की विधि में भिन्न होते हैं।

आज तक, इलुमिना सिक्वेंसर्स में सबसे आम विधि का उपयोग किया जाता है। इस विधि में, पहले, कई अलग-अलग रीड ग्लास प्लेट से जुड़े होते हैं। फिर, प्रत्येक रीड से, कई प्रतियां प्लेट की सतह पर बनाई जाती हैं, ताकि उसके प्रत्येक छोटे खंड पर केवल समान प्रतियां स्थित हों। ऐसा इसलिए किया जाता है ताकि बाद में अनुक्रमण के दौरान एक अणु से एक संकेत प्राप्त न हो, लेकिन पास में स्थित समान अणुओं के समूह से। इसलिए संकेत पढ़ना आसान है, और पढ़ने की विश्वसनीयता बढ़ जाती है। ये अणु एकल-फंसे हुए डीएनए होते हैं, और अनुक्रमण के दौरान पूरक श्रृंखलाएं उन पर संश्लेषित होती हैं। संश्लेषण की प्रतिक्रिया निम्नानुसार की जाती है: प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड प्रत्येक अणु की शुरुआत से जुड़ा होता है। यह न्यूक्लियोटाइड रासायनिक रूप से अवरुद्ध हैइसके अलावा इसके बाद, संश्लेषण किसी भी आगे नहीं जाता है। इसके अलावा, एक टैग इसके साथ जुड़ा हुआ है, जो एक लेजर ल्यूमिनेसिस की कार्रवाई के तहत है। इसके अलावा, प्रत्येक प्रकार के न्यूक्लियोटाइड्स के लिए, ल्यूमिनेंस का रंग अलग है। न्यूक्लियोटाइड संलग्न होने के बाद, प्लेट को एक लेजर से रोशन किया जाता है और कैमरा उन रंगों को कैप्चर करता है जिनके साथ प्लेट ल्यूमिनेसिस होती है। इसके बाद, ताला हटा दिया जाता है, लेबल भी हटा दिया जाता है, और अगले न्यूक्लियोटाइड उसी तरह से जुड़ा होता है। कंप्यूटर में प्लेट के प्रत्येक खंड पर प्रकाश संकेतों के अनुक्रम को न्यूक्लियोटाइड्स के अनुक्रम में अनुवादित किया जाता है, और आउटपुट पर, रीड्स के अनुक्रम वाले फ़ाइल को प्राप्त किया जाता है।न्यूक्लियोटाइड संलग्न होने के बाद, प्लेट को एक लेजर से रोशन किया जाता है और कैमरा उन रंगों को कैप्चर करता है जिनके साथ प्लेट ल्यूमिनेसिस होती है। इसके बाद, ताला हटा दिया जाता है, लेबल भी हटा दिया जाता है, और अगले न्यूक्लियोटाइड उसी तरह से जुड़ा होता है। कंप्यूटर में प्लेट के प्रत्येक खंड पर प्रकाश संकेतों के अनुक्रम को न्यूक्लियोटाइड्स के अनुक्रम में अनुवादित किया जाता है, और आउटपुट पर, रीड्स के अनुक्रम वाले फ़ाइल को प्राप्त किया जाता है।न्यूक्लियोटाइड संलग्न होने के बाद, प्लेट को एक लेजर से रोशन किया जाता है और कैमरा उन रंगों को कैप्चर करता है जिनके साथ प्लेट ल्यूमिनेसिस होती है। इसके बाद, ताला हटा दिया जाता है, लेबल भी हटा दिया जाता है, और अगले न्यूक्लियोटाइड उसी तरह से जुड़ा होता है। कंप्यूटर में प्लेट के प्रत्येक खंड पर प्रकाश संकेतों के अनुक्रम को न्यूक्लियोटाइड्स के अनुक्रम में अनुवादित किया जाता है, और आउटपुट पर, रीड्स के अनुक्रम वाले फ़ाइल को प्राप्त किया जाता है।


Illumina
1 — 2 — 3 — , 4 — 5 — 6 — 7 —


यदि करीबी जीवों के जीनोम को पहले से अनुक्रमित नहीं किया गया है, तो रीड्स से, फिर, कार्यक्रमों का उपयोग करके, वे एक एकल न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम को इकट्ठा करने का प्रयास करते हैं। रीड्स आंशिक रूप से ओवरलैप करते हैं, और, इन ओवरलैप्स का उपयोग करते हुए, वे एक एकल अनुक्रम बनाने की कोशिश करते हैं। कई बिंदु हैं जो मामले को काफी जटिल करते हैं। उदाहरण के लिए, आप एक नमूने को दूषित कर सकते हैं, और कार्यक्रम विभिन्न जीवों के डीएनए से एक अनुक्रम बनाने की कोशिश करेगा। रीड पढ़ने के दौरान सीक्वेंसर गलती कर सकता है, या गलत तरीके से जीनोम में दो स्थानों को जोड़ सकता है, क्योंकि वे बहुत समान हैं। वास्तव में, इतनी सारी कठिनाइयाँ हैं कि आप यहाँ सभी को सूचीबद्ध नहीं करेंगे। और, उनमें से कुछ को खत्म करना इतना मुश्किल है कि मानव जीनोम, सबसे महत्वपूर्ण और व्यापक रूप से अध्ययन किए गए जीनोम, अभी भी अंत तक अनुक्रमित नहीं हैं।


जीनोम अनुक्रम पढ़ता है और नीचे होता है, जो उनके आधार पर पुनर्निर्माण किया जाता है।

जब जीनोम अनुक्रम को इकट्ठा किया जाता है, तो आपको यह समझने की आवश्यकता है कि इसका क्या मतलब है। इस पर ऐसे क्षेत्र पाए जाते हैं जो जीन की तरह दिखते हैं। यह निम्नानुसार किया जाता है: जीन की शुरुआत और अंत में न्यूक्लियोटाइड के कुछ "लेबल" होते हैं, और अगर डीएनए में इतनी दूरी पर ऐसे अनुक्रम होते हैं कि उनके बीच एक जीन फिट हो सकता है, तो यह स्थान संभावित एंज़ की सूची में दर्ज किया जाता है। फिर, इस आवेदक की तुलना पहले से ही अन्य जीवों के ज्ञात जीन के डेटाबेस से की जाती है, और यदि इसमें एक जीन पाया जाता है जो इस साइट से काफी मिलता-जुलता है, तो उसे इस जीन का कार्य सौंपा जाता है।

यदि इस प्रजाति के एक अन्य जीव के जीनोम को पहले से ही अनुक्रमित किया गया है, तो इसका उपयोग विधानसभा के लिए किया जाता है। चूंकि एक ही प्रजाति के विभिन्न जीवों के जीनोम थोड़े अलग होते हैं, इसलिए प्रत्येक पढ़ने के लिए उन्हें अनुक्रमित जीनोम पर एक जगह मिल जाती है, जिसके वह सबसे करीब होता है, और एक नया जीन इस जीनोम के आधार पर इकट्ठा होता है।

Source: https://habr.com/ru/post/hi385865/