Гол ялгаа – NGS ба Sanger дараалал
Next Generation Sequencing (NGS) болон Sanger Sequencing нь нуклеотидын дараалал тогтоох хоёр төрлийн техник юм. Sanger Sequencing арга нь олон жилийн турш өргөн хэрэглэгдэж байсан бөгөөд NGS нь давуу талтай тул саяхан түүнийг сольсон. NGS болон Sanger Sequencing-ийн гол ялгаа нь NGS нь дарааллын системээр дамжуулан олон сая дарааллыг нэгэн зэрэг хурдан шуурхай байдлаар тогтоох зарчим дээр ажилладаг бол Sanger Sequencing нь дидеоксинуклеотидыг ДНХ полимеразын ферментээр сонгон нэгтгэсний улмаас гинжийг таслах зарчмаар ажилладагт оршино. ДНХ-ийн репликацын үед ба үүний үр дүнд фрагментийг капилляр электрофорезээр салгадаг.
Нуклеотидын дараалал гэж юу вэ?
Удамшлын мэдээлэл нь тухайн организмын ДНХ эсвэл РНХ-ийн нуклеотидын дараалалд хадгалагддаг. Тухайн фрагмент (ген, генийн кластер, хромосом, бүрэн геном) дахь нуклеотидын зөв дарааллыг (дөрвөн суурийг ашиглан) тодорхойлох үйл явцыг нуклеотидын дараалал гэж нэрлэдэг. Геном судлал, шүүх эмнэлэг, вирус судлал, биологийн систем, эмнэлгийн оношлогоо, биотехнологи болон бусад олон салбарт генийн бүтэц, үйл ажиллагаанд дүн шинжилгээ хийх нь маш чухал юм. Эрдэмтдийн боловсруулсан дарааллын янз бүрийн аргууд байдаг. Тэдгээрийн дотроос 1977 онд Фредерик Сэнгерийн бүтээсэн Sanger дараалал нь Next Generation Sequencing солих хүртэл удаан хугацаанд өргөн хэрэглэгдэж, дэлгэрч байсан.
NGS гэж юу вэ?
Next Generation Sequencing (NGS) нь орчин үеийн өндөр нэвтрүүлэх чадварын дарааллын процессыг илэрхийлэх нэр томъёо юм. Энэ нь геномын судалгаа, молекул биологид хувьсгал хийсэн орчин үеийн хэд хэдэн өөр өөр дарааллын технологийг тайлбарласан. Эдгээр аргууд нь Illumina дараалал, Roche 454 дараалал, ион протоны дараалал, SOLiD (Олиго холбоос илрүүлэх дараалал) юм. NGS системүүд нь илүү хурдан бөгөөд хямд байдаг. NGS системд ДНХ дарааллын дөрвөн үндсэн аргыг ашигладаг; пиросиквенци, синтезээр дараалал тогтоох, ligation болон ионы хагас дамжуулагчийн дараалал. Олон тооны ДНХ эсвэл РНХ-ийн хэлхээг (сая сая) зэрэгцээ дараалуулж болно. Энэ нь илүү их цаг зарцуулдаг Сангерийн дараалалаас ялгаатай нь организмын геномыг бүхэлд нь богино хугацаанд дараалалд оруулах боломжийг олгодог.
NGS нь ердийн дэс дарааллын Sanger аргаас олон давуу талтай. Энэ нь бага хэмжээний түүврээр гүйцэтгэх өндөр хурдтай, илүү нарийвчлалтай, зардал багатай процесс юм. NGS-ийг метагеномикийн судалгаа, оруулах, устгах гэх мэт геномын өөрчлөлтийг илрүүлэх, генийн илэрхийлэлд дүн шинжилгээ хийхэд ашиглаж болно.
Зураг_1: NGS дараалалд гарсан хөгжил
Sanger Sequencing гэж юу вэ?
Sanger Sequencing нь өгөгдсөн ДНХ-ийн фрагментийн нуклеотидын нарийн дарааллыг тодорхойлох зорилгоор 1977 онд Фредерик Сэнгер болон түүний хамтрагчдын боловсруулсан дарааллын арга юм. Үүнийг мөн гинжин төгсгөлийн дараалал эсвэл Дидеокси дараалал гэж нэрлэдэг. Энэ аргын ажиллах зарчим нь ДНХ-ийн репликацийн явцад ddGTP, ddCTP, ddATP, ddTTP зэрэг дидеоксинуклеотид (ddNTP) гинжин хэлхээг ДНХ полимеразаар сонгон нэгтгэх замаар хэлхээний синтезийг зогсоох явдал юм. Энгийн нуклеотидууд нь хэлхээ үүсэхийг үргэлжлүүлэхийн тулд зэргэлдээх нуклеотидуудын хооронд фосфодиэфирийн холбоо үүсгэдэг 3' OH бүлэгтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч ddNTP-д энэ 3' OH бүлэг байхгүй бөгөөд нуклеотидуудын хооронд фосфодиэстерийн холбоо үүсгэх чадваргүй байдаг. Тиймээс гинжний суналт зогссон.
Энэ аргын хувьд дараалалд орох нэг хэлхээтэй ДНХ нь in vitro ДНХ-ийн синтезийн загвар хэлхээ болж өгдөг. Бусад шаардлага нь олигонуклеотидын праймер, дезоксинуклеотидын прекурсорууд ба ДНХ полимеразын фермент юм. Зорилтот фрагментийн хажуугийн төгсгөлүүд мэдэгдэж байгаа тохиолдолд праймеруудыг ДНХ-ийн хуулбарлахад хялбархан зохиож болно. Дөрвөн тусдаа хоолойд ДНХ-ийн синтезийн дөрвөн тусдаа урвал явагдана. Хоолой бүр нь бусад шаардлагуудын хамт тусдаа ddNTP-тэй байдаг. Тодорхой нуклеотидаас dNTP ба ddNTP-ийн холимог нэмнэ. Үүний нэгэн адил дөрвөн холимог бүхий дөрвөн хоолойд дөрвөн тусдаа урвал явагдана. Урвалын дараа ДНХ-ийн хэсгүүдийг илрүүлэх, фрагментийн хэв маягийг дарааллын мэдээлэл болгон хувиргах ажлыг гүйцэтгэдэг. Үр дүнд нь ДНХ-ийн хэлтэрхийнүүд дулаанаар денатурат болж, гель электрофорезээр тусгаарлагдана. Хэрэв цацраг идэвхт нуклеотид хэрэглэж байгаа бол полиакриламидын гель дэх туузан хэлбэрийг авторадиографийн тусламжтайгаар харж болно. Энэ арга нь флюресцентээр тэмдэглэгдсэн дидеоксинуклеотидыг ашиглах үед гелийн уншилтыг бууруулж, флюресцент детектороор илрүүлэхийн тулд лазерын туяагаар дамжуулж болно. Дарааллыг нүдээр уншиж, компьютерт гараар оруулахад гарч болзошгүй алдаанаас зайлсхийхийн тулд энэ аргыг компьютертэй хослуулсан автомат дараалал тогтоогч болгон хөгжүүлсэн.
Энэ бол Хүний геном төслийн ДНХ-ийн дараалал тогтооход хэрэглэгддэг арга юм. Энэ арга нь өндөр өртөгтэй, удаан процесс боловч үнэн зөв дарааллын мэдээллийг өгдөг тул дэвшилтэт өөрчлөлтүүдтэй хэрэглэгдэж байна.
Зураг_2: Сангерийн дараалал
NGS болон Sanger Sequencing хоёрын ялгаа нь юу вэ?
NGS ба Sanger дараалал |
|
| Дараагийн үеийн дараалал (NGS) нь орчин үеийн өндөр дамжуулалтын дарааллын процессуудыг хэлдэг. Энэ нь орчин үеийн олон төрлийн дарааллын технологиудыг тайлбарладаг | Sanger Sequencing нь өгөгдсөн ДНХ-ийн фрагментийн нуклеотидын нарийн дарааллыг тодорхойлох зорилгоор Фредерик Сэнгерийн боловсруулсан дарааллын арга юм. |
| Үр ашигтай байдал | |
| NGS нь цаг хугацаа, хүний хүч, химийн бодисыг багасгадаг тул хямд төсөр процесс юм. | Энэ нь цаг хугацаа, хүний хүч болон бусад химийн бодис шаарддаг тул өртөг өндөртэй процесс юм. |
| Хурд | |
| Олон хэлхээний химийн илрүүлэлт болон дохионы илрүүлэлт зэрэгцэн явагдаж байгаа тул энэ нь илүү хурдан юм. | Химийн илрүүлэлт болон дохио илрүүлэх нь хоёр тусдаа процессоор явагддаг тул нэг удаад зөвхөн утсан дээр унших боломжтой тул энэ нь цаг хугацаа их шаарддаг. |
| Найдвартай | |
| NGS найдвартай. | Sanger дараалал нь найдвартай биш |
| Түүврийн хэмжээ | |
| NGS бага хэмжээний ДНХ шаарддаг. | Энэ аргад их хэмжээний загвар ДНХ хэрэгтэй. |
| Дараалсан фрагмент бүрт ДНХ-ийн суурь | |
| Дараалсан фрагмент бүрт ДНХ-ийн суурийн тоо Сангерийн аргаас бага байна | Үйлдвэрлэх дараалал нь NGS дарааллаас урт байна. |
Хураангуй – NGS ба Sanger дараалал
NGS болон Sanger Sequencing нь молекул биологид өргөн хэрэглэгддэг нуклеотидын дараалал тогтоох арга юм. Sanger дараалал нь NGS-ээр солигдсон эрт дарааллын арга юм. NGS болон Sanger Sequencing-ийн гол ялгаа нь NGS нь Sanger sequencing-ээс өндөр хурдтай, илүү нарийвчлалтай, зардал багатай процесс юм. Энэ хоёр арга нь Генетик ба Биотехнологийн салбарт томоохон дэгдэлтийг үүсгэсэн.
