پلی مورفیسم

پلی مورفیسم، در ارتباط با ژنومیک، به وجود دو یا چند شکل مختلف از یک توالی DNA خاص که می تواند در افراد یا جمعیت های مختلف رخ دهد، اشاره دارد. رایج ترین نوع پلی مورفیسم شامل تغییرات در یک نوکلئوتید منفرد است (که به آن پلی مورفیسم تک نوکلئوتیدی یا SNP نیز گفته می شود). سایر پلی‌مورفیسم‌ها می‌توانند بسیار بزرگ‌تر باشند و شامل بخش‌های طولانی‌تری از DNA باشند.

پلی مورفیسم ، اصطلاح چندشکلی به معنای اشکال بسیاری است. و من آن را به عنوان نمونه ای از اینکه چگونه ژنومیک مجموعه ای از اکتشافات است که منجر به سوالات بیشتر می شود، دوست دارم. وقتی شروع به توالی‌یابی ژنوم‌های انسانی کردیم، متوجه شدیم که انسان‌ها تقریباً یکسان هستند، اما تغییرات خاصی را بین افراد در یک حرف در یک زمان مشاهده کردیم، که اکنون آن را چندشکلی تک نوکلئوتیدی یا SNP می‌نامیم. وقتی می‌دانستیم به دنبال چه چیزی بگردیم، دیدیم که این نوع تنوع در واقع در سراسر ژنوم وجود دارد و می‌توانیم از آن برای بررسی انواع سؤالات ژنتیکی استفاده کنیم. سپس متوجه شدیم که انسان‌ها نیز در بخش‌های بسیار بزرگ‌تری از ژنوم خود نسبت به آنچه فکر می‌کردیم متفاوت هستند. بنابراین، برای مثال، شما ممکن است دو نسخه از منطقه ای داشته باشید که دارای 1 میلیون نوکلئوتید است، اما من ممکن است چهار نسخه داشته باشم یا هیچ نسخه ای نداشته باشم. پلی مورفیسم یکی از راه هایی است که بسیاری از اشکال ژنوم می توانند به انواع مختلفی از انسان منجر شوند.

جهش ژنی

جهش تغییر در توالی DNA یک موجود زنده است. جهش می تواند ناشی از خطا در همانندسازی DNA در طول تقسیم سلولی، قرار گرفتن در معرض جهش زاها یا عفونت ویروسی باشد. جهش های ژرمینال (که در تخمک ها و اسپرم ها اتفاق می افتد) می توانند به فرزندان منتقل شوند، در حالی که جهش های جسمی (که در سلول های بدن اتفاق می افتد) منتقل نمی شوند.

جهش‌ها همیشه در سلول‌های ما اتفاق می‌افتند، اما تقریباً هیچ یک از اینها بر سلامت ما تأثیر نمی‌گذارند. این بسیار متفاوت از چیزی است که ما اغلب در فیلم های علمی تخیلی می بینیم. در زندگی واقعی، یک جهش هرگز آنقدر سودمند نیست که یک فرد را به یک ابرقهرمان تبدیل کند یا کاری عجیب و غریب انجام دهد، مانند اینکه باعث رشد بال در او شود. دلایل زیادی وجود دارد که جهش ها معمولاً عواقب عمده ای ندارند. یکی از دلایل این است که سلول های ما دارای ماشین آلات بسیار پیچیده ای برای ترمیم جهش ها به سرعت هستند. بنابراین زمان کافی برای ایجاد مشکل برای آنها وجود ندارد. مورد دیگر این است که بیشتر جهش‌ها در سلول‌های سوماتیک مانند سلول‌های ماهیچه‌ای یا سلول‌های پوست رخ می‌دهند و تنها می‌توانند سلولی را که جهش در آن رخ داده و سلول‌هایی که از آن سلول رشد می‌کنند، تحت تأثیر قرار دهند. از سوی دیگر، هنگامی که جهش در سلول‌های زایا، تخمک و اسپرم رخ می‌دهد.

توالی یابی DNA چیست؟

توالی یابی DNA ترتیب چهار بلوک ساختمانی شیمیایی – به نام “پایه ها” – که مولکول DNA را تشکیل می دهند را تعیین می کند.

تعیین توالی DNA به معنای تعیین ترتیب چهار بلوک شیمیایی – به نام “پایه ها” – که مولکول DNA را می سازند. این توالی نوع اطلاعات ژنتیکی که در یک بخش DNA خاص حمل می شود را به دانشمندان می گوید. به عنوان مثال، دانشمندان می توانند از اطلاعات توالی برای تعیین اینکه کدام بخش های DNA حاوی ژن هستند و کدام کشش ها حاوی دستورالعمل های تنظیمی هستند، ژن ها را روشن یا خاموش می کنند، استفاده کنند. علاوه بر این، و مهمتر از همه، داده های توالی می توانند تغییرات ژنی را که ممکن است باعث بیماری شوند، برجسته کند.

در مارپیچ دوگانه DNA، چهار باز شیمیایی همیشه با یک شریک پیوند می‌یابند و «جفت‌های باز» را تشکیل می‌دهند. آدنین (A) همیشه با تیمین (T) جفت می شود. سیتوزین (C) همیشه با گوانین (G) جفت می شود. این جفت‌سازی مبنای مکانیزمی است که توسط آن مولکول‌های DNA هنگام تقسیم سلول‌ها کپی می‌شوند، و جفت‌سازی همچنین زیربنای روش‌هایی است که اکثر آزمایش‌های توالی‌یابی DNA توسط آن‌ها انجام می‌شود. ژنوم انسان شامل حدود 3 میلیارد جفت پایه است که دستورالعمل های ساخت و نگهداری از یک انسان را بیان می کند.

 پیشینه تعیین توالی DNA

از زمان تکمیل پروژه ژنوم انسانی، پیشرفت‌های فناوری و اتوماسیون سرعت را افزایش داده و هزینه‌ها را تا حدی کاهش داده است که ژن‌های فردی را می‌توان به طور معمول توالی‌یابی کرد، و برخی از آزمایشگاه‌ها می‌توانند بیش از 100000 میلیارد باز در سال توالی‌یابی کنند و کل ژنوم را می‌توان توالی‌یابی کرد. فقط برای چند هزار دلار

بسیاری از این فناوری های جدید با حمایت برنامه فناوری ژنوم موسسه ملی تحقیقات ژنوم انسانی (NHGRI) و جوایز فناوری توالی DNA پیشرفته آن توسعه داده شده اند. یکی از اهداف NHGRI ترویج فناوری‌های جدیدی است که در نهایت می‌تواند هزینه تعیین توالی ژنوم انسانی را حتی با کیفیتی بالاتر از آنچه امروز ممکن است و با کمتر از 1000 دلار کاهش دهد.

روش های جدید توالی یابی ژنوم

از زمان تکمیل پروژه ژنوم انسانی، پیشرفت‌های فناوری و اتوماسیون سرعت را افزایش داده و هزینه‌ها را تا حدی کاهش داده است که ژن‌های فردی را می‌توان به طور معمول توالی‌یابی کرد، و برخی از آزمایشگاه‌ها می‌توانند بیش از 100000 میلیارد باز در سال توالی‌یابی کنند و کل ژنوم را می‌توان توالی‌یابی کرد. فقط برای چند هزار دلار. بسیاری از این فناوری‌های جدید با حمایت برنامه فناوری ژنوم موسسه ملی تحقیقات ژنوم انسانی (NHGRI) و جوایز فناوری توالی‌یابی DNA پیشرفته آن توسعه یافته‌اند. یکی از اهداف NHGRI ترویج فناوری‌های جدیدی است که در نهایت می‌تواند هزینه تعیین توالی ژنوم انسانی را حتی با کیفیتی بالاتر از آنچه امروز ممکن است و با کمتر از 1000 دلار کاهش دهد.

فناوری های جدیدتر توالی یابی ژنومی

یکی از فناوری‌های جدید توالی‌یابی شامل تماشای مولکول‌های DNA پلیمراز در حالی که DNA را کپی می‌کنند – همان مولکول‌هایی که کپی‌های جدیدی از DNA در سلول‌های ما می‌سازند – با دوربین فیلم‌برداری و میکروسکوپ بسیار سریع، و ترکیب رنگ‌های مختلف رنگ‌های روشن، هر کدام برای حروف A است. , T, C و G. این روش اطلاعات متفاوت و بسیار ارزشمندی را نسبت به آنچه که توسط سیستم های ابزاری که بیشترین استفاده را دارند ارائه می دهد.

یکی دیگر از فناوری‌های جدید در حال توسعه، استفاده از نانوحفره‌ها برای تعیین توالی DNA است. توالی یابی DNA مبتنی بر نانو حفره شامل عبور دادن رشته های تک DNA از طریق منافذ بسیار ریز در یک غشاء است. بازهای DNA در حین عبور از نانوحفره یکی یکی خوانده می شوند. بازها با اندازه‌گیری تفاوت‌ها در اثر آنها بر یون‌ها و جریان الکتریکی که از منافذ عبور می‌کند، شناسایی می‌شوند. استفاده از نانوحفره‌ها برای توالی‌یابی DNA مزایای بالقوه زیادی را نسبت به روش‌های فعلی ارائه می‌دهد. هدف این است که توالی هزینه کمتری داشته باشد و سریعتر انجام شود. برخلاف روش‌های توالی‌یابی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرند، توالی‌یابی DNA نانوحفره به این معنی است که محققان می‌توانند یک مولکول را بارها و بارها مطالعه کنند.

بهبود در توالی یابی DNA برای سلامت انسان چه معنایی دارد؟

اکنون محققان می توانند بخش های بزرگی از DNA –  یک میلیون باز یا بیشتر – را از افراد مختلف به سرعت و ارزان مقایسه کنند. چنین مقایسه‌هایی می‌تواند اطلاعات زیادی در مورد نقش وراثت در حساسیت به بیماری و در پاسخ به تأثیرات محیطی به دست دهد. علاوه بر این، توانایی تعیین توالی ژنوم سریعتر و مقرون به صرفه تر، پتانسیل وسیعی را برای تشخیص و درمان ایجاد می کند.

با وجود اینکه هنوز سال ها از تعیین توالی DNA معمول در مطب دکتر باقی مانده است، اما برخی از مراکز بزرگ پزشکی شروع به استفاده از توالی یابی برای تشخیص و درمان برخی بیماری ها کرده اند. به عنوان مثال، در سرطان، پزشکان به طور فزاینده ای قادر به استفاده از داده های توالی برای شناسایی نوع خاصی از سرطان یک بیمار هستند. این به پزشک امکان می دهد تا انتخاب های بهتری برای درمان داشته باشد.

محققان برنامه بیماری های تشخیص داده نشده با پشتیبانی NHGRI از توالی یابی DNA برای شناسایی علل ژنتیکی بیماری های نادر استفاده می کنند. محققان دیگری در حال مطالعه استفاده از آن در غربالگری نوزادان از نظر بیماری و خطر بیماری هستند.

علاوه بر این، پروژه اطلس ژنوم سرطان، که توسط NHGRI و موسسه ملی سرطان پشتیبانی می شود، از توالی یابی DNA برای کشف جزئیات ژنومی حدود 30 نوع سرطان استفاده می کند. یکی دیگر از برنامه های مؤسسه ملی سلامت به بررسی چگونگی کنترل فعالیت ژن در بافت های مختلف و نقش تنظیم ژن در بیماری می پردازد. پروژه های در حال انجام و برنامه ریزی شده در مقیاس بزرگ از توالی یابی DNA برای بررسی توسعه بیماری های رایج و پیچیده مانند بیماری قلبی و دیابت و در بیماری های ارثی که باعث ناهنجاری های فیزیکی، تاخیر در رشد و بیماری های متابولیک می شوند، استفاده می کنند.

مقایسه توالی ژنوم انواع مختلف جانوران و موجودات مانند شامپانزه ها و مخمرها نیز می تواند بینش هایی را در مورد زیست شناسی رشد و تکامل ارائه دهد.

منابع

• Polymorphism – Definition and Examples – Biology Online Dictionary

https://www.biologyonline.com/dictionary/polymorphism#:~:text=CC%20BY%202.5.-,Blood%20Groups,different%20parts%20of%20the%20world.

• Genetic Mutations: Overview & Types

https://my.clevelandclinic.org/health/body/23095-genetic-mutations-in-humans#:~:text=A%20genetic%20mutation%20is%20a%20change%20to%20a%20gene%27s%20DNA,process%20of%20change%20over%20generations.

• DNA Sequencing

https://www.genome.gov/genetics-glossary/DNA-Sequencing#:~:text=DNA%20sequencing%20refers%20to%20the,use%20to%20develop%20and%20operate.

• DNA Sequencing Fact Sheet

https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/DNA-Sequencing-Fact-Sheet#:~:text=Sequencing%20DNA%20means%20determining%20the,in%20a%20particular%20DNA%20segment.

• با سپاس و قدردانی فراوان از مجموعه زیست ژن بافت

 ​