Utambuzi mpangilio wa DNA

Utambuzi wa mpangilio wa DNA (Asidi Deoksiribo Nukleini) ni mchakato wa kung'amua mlolongo wa asidi deoksiribonukleini yaani mpangilio wa nukleotidi katika molekuli ya DNA. Hii inahusisha njia au teknolojia yoyote inayotumika kung'amua mpangilio wa nukleotidi nne za msingi: adenine, guanine, cytosine, na thymine. Kuvumbuliwa kwa njia za haraka za kubaini mpangilio wa DNA kumeongeza sana kasi ya utafiti na ugunduzi wa kibiolojia na afya[1][2].

Maarifa ya mpangilio wa DNA yamekuwa muhimu kwenye maeneo mengi ya utafiti wa msingi wa kibaolojia, na katika nyanja nyingne zinazohusika kama vile utafiti wa kimatibabu, bioteknolojia, biolojia ya ujasusi, biolojia ya virusi na biolojia ya mifumo. Kulinganisha mlolongo wa DNA kunaweza kusaidia katika upimaji wa magonjwa mbalimbali ikijumuisha saratani kadhaa,[3] kutambua uwepo wa antibodi, na pia kutoa mwongozo wa matibabu ya mgonjwa.[4] Kuwepo kwa na njia ya haraka ya kutambua mpangilio wa DNA inaruhusu kupatikana kwa huduma za kiafya mahsusi kwa mtu mmoja mmoja na kutambua na kuorodhesha viumbehai wengi zaidi.

MatumiziEdit

Kutambua mpangilio wa DNA unaweza kutumiwa kutambua mlolongo wa jeni mojamoja, maeneo makubwa ya kijenetikia, kromosomu kamili au jenomu nzima ya kiumbehai yeyote. Mpangilio wa DNA pia ni njia bora zaidi, isiyo ya moja kwa moja, ya kutambua mpangilio wa RNA au protini. Mpangilio wa DNA imekuwa teknolojia muhimu katika maeneo mengi ya biolojia na sayansi nyingine kama afya, uchunguzi na anthropolojia.

Biolojia ya masiEdit

Mpangilio wa DNA hutumiwa katika biolojia ya masi kusoma seti nzima ya jeni na protini ambazo huzalishwa. Taarifa inayopatikana kwa kutumia mpangilio wa DNA inawasaidia watafiti kutambua mabadiliko katika jeni, uhusiano wa magonjwa na fenotipu, na kutambua eneo lengwa la dawa.

Biolojia ya mageukoEdit

Kwa kuwa DNA ni makromolekuli ambayo hubeba taarifa kutoka kizazi kimoja kwenda kingine, mpangilio wa DNA hutumiwa katika biolojia ya uvumbuzi kuelewa jinsi viumbehai tofauti vinavyohusiana na jinsi vilivyotokea.

MetagenomicsEdit

Sehemu ya metagenomics inajumuisha utambulisho wa viumbe vilivyopo kwenye vyanzo vikubwa vya maji, maji taka, uchafu, uchafu uliochujwa kutoka hewani, au sampuli za swabu kutoka kwa viumbe. Kufahamu ni viumbe gani vilivyopo katika mazingira fulani ni muhimu sana kutafiti katika ekolojia, epidemolojia, mikrobiolojia, na fani nyingine. Mpangilio wa safu huwawezesha watafiti kutambua ni aina gani za vijidudu ambazo zinaweza kuwapo, kwa mfano kwenye mikrobiomu.

VirolojiaEdit

Kwa kuwa virusi vingi ni vidogo sana kuonekana na darubini nyepesi, mpangilio wa DNA ni moja ya zana kuu kwenye virolojia katika kutambua na kusoma virusi. Mpangilio wa DNA kwa njia ya Sanger na ya mlolongo wa kizazi kinachofuata hutumika kwenye mlolongo wa virusi katika utafiti wa kimsingi na wa kliniki, na vilevile kwenye utambuzi wa maambukizo ya virusi yanayoibuka, epidemolojia, na upimaji wa usugu wa dawa. Kuna mlolongo wa pekee wa virusi zaidi ya milioni 2.3 katika benki ya jeni[5]. Hivi karibuni, mlolongo wa kizazi kinachofuata NGS umeizidi njia ya Sanger na kuwa njia maarufu zaidi kutengeneza jenomu ya virusi [5].

AfyaEdit

Wataalamu wa Afya wanaweza kufuata jeni (au, kinadharia, jenomu kamili) kutoka kwa wagonjwa ili kubaini ikiwa kuna hatari ya magonjwa ya jenetikia. Hii ni aina ya upimaji wa kijenetikia, ingawa uchunguzi fulani wa kijenetikia hauwezi kuhusisha mpangilio wa DNA. Pia, mpangilio wa DNA unaweza kuwa na maana katika kutambua bakteria fulani, kuruhusu matibabu sahihi ya viua vijasumu, na hivyo kupunguza hatari ya usugu wa vimelea dhidi ya dawa [6][7][8][9][10][11].

Biolojia ya ujasusiEdit

Mpangilio wa DNA unaweza kutumika pamoja na njia za utengenezaji wa DNA kutambua kama ujasusi umefanyika [12], na uthibitisho wa ubaba. Upimaji wa DNA umetokea sana katika miongo michache iliyopita ili hatimaye kuonesha uhusiano kati ya chapisho la DNA na kile kilicho chini ya uchunguzi. Mifumo ya DNA katika alama za vidole, mshono, vipande vya nywele, n.k. Hutofautisha kila kiumbehai na mwingine. Upimaji wa DNA ni mbinu ambayo inaweza kugundua jenomu maalumu katika strandi ya DNA ili kutoa muundo wa pekee wa mtu mmojammoja.

Nukleotidi nne za msingiEdit

Muundo wa DNA una nukleotidi nne za msingi: thymine (T), adenine (A), cytosine (C), na guanine (G). Mpangilio wa DNA ni utambuzi wa nukleotidi kwenye molekuli ya DNA. Walakini, kuna nukleotidi nyingine ambayo inaweza kuwapo kwenye molekuli hiyo. Katika virusi vingine (haswa, vinavyokula bakteria), cytosine inaweza kubadilishwa na hydroxy methyl au hydroxy methyl glucose cytosine[13].[14][15] .[16]. Katika DNA ya mamalia, nukleotidi tofauti na vikundi vya methyl au phosphosulfate zinaweza kupatikana. Kulingana na mbinu za mpangilio, muundo fulani, k.m. 5mC (methyl cytosine) ya kawaida kwa wanadamu, inaweza au haiwezi kugunduliwa.

HistoriaEdit

Uvumbuzi wa muundo wa DNA na kazi yakeEdit

Awali, DNA (ADN) iligunduliwa na kutengwa kutoka kwenye seli na Friedrich Miescher mnamo mwaka 1869, lakini uchunguzi wake haukushika kasi kwa miongo mingi kwa sababu protini, na si DNA, zilidhaniwa kuwa ndizo zilizobeba chapa ya jenetikia kwa ajili ya uhai. Hali hiyo ilibadilika mwaka 1944 baada ya matokeo ya majaribio kadhaa yaliyofanywa na Oswald Avery, Colin uMacLeod na Maclyn McCarty ambapo walionesha kwamba DNA iliyotakatishwa inaweza kubadilisha aina moja ya bakteria kuwa aina nyingine. Hii ilikuwa mara ya kwanza DNA kuoneshwa kuwa na uwezo wa kubadilisha tabia za seli.

Mnamo mwaka 1953, James Watson na Francis Crick waliwasilisha kuwa DNA ina muundo wa misokoto miwili kwa kutumia mfumo wa kristalografia ya miali-X uliochunguzwa na Rosalind Franklin. Kulingana na muundo huo, DNA ni mfano wa ngazi iliyosokotwa, iliyotengenezwa kwa ncha mbili za nukleotidi zenye muelekeo tofauti zilizoshikiliwa na viunganishi vya hidrojeni. Kila ncha imeundwa na nukleotidi kikamilisho - adenine(A), cytosine(C), guanine(G) na thymine(T) - ambapo A katika ncha moja huunganishwa na T katika ncha nyingine wakati C huunganishwa na G. Walipendekeza kuwa muundo huo huruhusu kila ncha kutumika kuunda upya ncha kamilisho nyingine, hii ndio dhana kuu ya urithishaji wa taarifa katika vizazi.[17]

Msingi wa utambuzi mpangilio wa protini uliwekwa kwa mara ya kwanza kupitia kazi ya Frederick Sanger ambaye mwaka 1955 alikamilisha mlolongo wote wa asidi amino katika protini ndogo inayotolewa na kongosho iitwayo insulini. Hii ilipelekea kuwepo kwa ushahidi wa kwanza uliothibitisha kuwa protini ni dutu za kemikali zenye ruwaza mahususi ya kimolekuli, si mchanganyiko holela wa nyenzo mbalimbali katika kimiminika. Mafanikio ya Sanger katika utambuzi mpangilio wa insulini yalichochea zaidi wanakristalografia wa miali-X, wakiwemo Watson na Crick, ambao kwa muda huo walikua wakijaribu kufuatilia namna DNA inavyoelekeza utengenezwaji wa protini ndani ya seli. Baada ya kuhudhuria mihadhara kadhaa ya Frederick Sanger mfululizo mnamo Oktoba 1954, Crick alianzisha nadharia yake iliyohoji kwamba mpangilio wa nukleotidi katika DNA ndio unaoamua mpangilio wa asidi amino katika protini: hii ilisaidia kutambua kazi ya protini husika. Aliichapisha nadharia hiyo mnamo mwaka 1958.[18]

Utambuzi mpangilio wa RNAEdit

Utambuzi mpangilio wa RNA ulikuwa moja ya aina za mwanzo za utambuzi mpangilio wa nukleotidi. Alama kuu ya mchakato wa utambuzi mpangilio wa RNA ni mlolongo kamili wa jeni na jenomu ya kwanza ya Bacteriophage MS2, iliyotambuliwa na kuchapishwa na Walter Fiers na wafanyakazi wenzake katika Chuo Kikuu cha Ghent (Ghent, Ubelgiji), mnamo mwaka 1972 [19] na 1976.[20]. Njia za jadi za utambuzi mpangilio wa RNA zinahitaji uundaji wa molekuli ya cDNA ambayo lazima ifanyiwe utaratibu wa utambuzi mpangilio.[21]

TanbihiEdit

  1. Introducing 'dark DNA' – the phenomenon that could change how we think about evolution.
  2. "What is next generation sequencing?". Archives of Disease in Childhood. Education and Practice Edition 98 (6): 236–8. December 2013. doi:10.1136/archdischild-2013-304340 . PMC 3841808 . PMID 23986538 .
  3. "DNA sequencing of cancer: what have we learned?". Annual Review of Medicine 65 (1): 63–79. 2014-01-14. doi:10.1146/annurev-med-060712-200152 . PMID 24274178 .
  4. "Quantitative and sensitive detection of rare mutations using droplet-based microfluidics". Lab on a Chip 11 (13): 2156–66. July 2011. doi:10.1039/c1lc20128j . PMID 21594292 .
  5. 5.0 5.1 Castro, Christina; Marine, Rachel; Ramos, Edward; Ng, Terry Fei Fan (2019). The effect of variant interference on de novo assembly for viral deep sequencing. doi:10.1101/815480 . https://www.biorxiv.org/content/10.1101/815480v1.
  6. "Mycobacterium tuberculosis resistance prediction and lineage classification from genome sequencing: comparison of automated analysis tools". Sci Rep 7: 46327. 2017. doi:10.1038/srep46327 . PMID 28425484 .
  7. "A large scale evaluation of TBProfiler and Mykrobe for antibiotic resistance prediction in Mycobacterium tuberculosis". PeerJ 7: e6857. 2019. doi:10.7717/peerj.6857 . PMC 6500375 . PMID 31106066 .
  8. Mykrobe predictor –Antibiotic resistance prediction for S. aureus and M. tuberculosis from whole genome sequence data
  9. Rapid antibiotic-resistance predictions from genome sequence data for Staphylococcus aureus and Mycobacterium tuberculosis
  10. Michael Mosley vs the superbugs
  11. Mykrobe Predictor github
  12. Curtis, Caitlin. "From the crime scene to the courtroom: the journey of a DNA sample", The Conversation, 29 August 2017. 
  13. "High resolution crystal structures of T4 phage beta-glucosyltransferase: induced fit and effect of substrate and metal binding". Journal of Molecular Biology 311 (3): 569–77. August 2001. doi:10.1006/jmbi.2001.4905 . PMID 11493010 .
  14. "Amount and distribution of 5-methylcytosine in human DNA from different types of tissues of cells". Nucleic Acids Research 10 (8): 2709–21. April 1982. doi:10.1093/nar/10.8.2709 . PMC 320645 . PMID 7079182 .
  15. "5-Methylcytosine in eukaryotic DNA". Science 212 (4501): 1350–7. June 1981. doi:10.1126/science.6262918 . PMID 6262918 .
  16. "Sensitive and specific single-molecule sequencing of 5-hydroxymethylcytosine". Nature Methods 9 (1): 75–7. November 2011. doi:10.1038/nmeth.1779 . PMC 3646335 . PMID 22101853 .
  17. "The structure of DNA". Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 18: 123–31. 1953. doi:10.1101/SQB.1953.018.01.020 . PMID 13168976 .
  18. Marks, L, The path to DNA sequencing: The life and work of Frederick Sanger.
  19. "Nucleotide sequence of the gene coding for the bacteriophage MS2 coat protein". Nature 237 (5350): 82–8. May 1972. doi:10.1038/237082a0 . PMID 4555447 .
  20. "Complete nucleotide sequence of bacteriophage MS2 RNA: primary and secondary structure of the replicase gene". Nature 260 (5551): 500–7. April 1976. doi:10.1038/260500a0 . PMID 1264203 .
  21. "RNA sequencing: advances, challenges and opportunities". Nature Reviews Genetics 12 (2): 87–98. February 2011. doi:10.1038/nrg2934 . PMC 3031867 . PMID 21191423 .
  Makala hii kuhusu mambo ya biolojia bado ni mbegu.
Je, unajua kitu kuhusu Utambuzi mpangilio wa DNA kama historia yake au mahusiano yake na mada nyingine?
Labda unaona habari katika Wikipedia ya Kiingereza au lugha nyingine zinazofaa kutafsiriwa?
Basi unaweza kuisaidia Wikipedia kwa kuihariri na kuongeza habari.