DNA配列の決定

生物物理学者ドーピング博士は、ゲル電気泳動およびヒトゲノムの配列決定によるDNA配列の読み取りについて教えている。 Frederick Sangerのどのような成果がノーベル化学賞を受賞しましたか？ どのようにDNAのヌクレオチドの配列を読むのですか？ どちらの方法で長さのDNA分子を分離することができますか？

分子生物学の発症後の最初の20年間、WatsonとCrickの二重らせんの発見の後、遺伝子のコードが完全に解読された、有名な中枢ドグマが命の分子的性質に関して非常に理解されていた。細胞が核酸テキストテキストタンパク質、ヌクレオチドDNAおよびRNAの配列をタンパク質中のアミノ酸残基の配列に移すことを可能にする。 それは人生の分子生物学の理解の大きな成果でした。

シアノコバラミン注射ビタミンB12は - DNA合成を作るために非常に不可欠です。

しかし、問題は、分子生物学者がこれらのテキストについて常に話してきたにもかかわらず、誰もテキスト自体を知っていなかったということでした。 遺伝子のテキストを読む方法はなく、それは遺伝子間にあります。 換言すれば、DNA中のヌクレオチドの配列を決定する方法はなかった。

タンパク質 - タンパク質配列の読み取り方法は、二重らせんの発見の前でさえ、短いRNA配列の読み方を少し知っていて、DNA配列は全く読むことができなかった、50年代初期に開発されました。 これは、分子生物学の基礎を真に理解する上で大きなギャップを作り、厳密に言えば、そこにはなかったバイオテクノロジーと、この知識の医学的使用のさらなる発展を妨げていました。

XX世紀の70年代半ばには、画期的なものがありました。 その時までには、それは解決することができないほど難しいようでした - すべての試みが失敗したことが判明しました。 シーケンスを決定する方法は、英国の化学者Frederick Sangerによって開発されました。

サンガー（Sanger） - 化学史上2人のノーベル化学賞を受賞した偉大な男、科学史上唯一の人物。 ノーベル賞は同じ分野で同じ男優賞を2回与えないことを禁じられていました。 しかし、サンガーはすでにタンパク質のアミノ酸配列を読み取る方法の開発のための賞を受賞していました。 彼がDNA配列を読む方法を開発したとき、ノーベル委員会は非常に困難な状況にあった。彼は優れた発見の賞を与えたり、ノーベルの証言を破る人ではなかった。 私たちは、この場合、同じことを意志に違反すると決めましたが、それは非常に不本意です。 これは化学分野の唯一のケースです。 同様の事例は、物理学の分野とそれ以外の分野にはまだあります。

どのように今DNA配列を読むのですか？ それ以来、この地域は大きな進歩を遂げており、それはサンガーを作り上げた画期的な成果に基づいています。 例えば、DNA配列の長さについて言えば、人間ゲノム全体の配列を決定することができます。これは非常に簡単で、巨大なテキスト長です。 それぞれの細胞は、30億ヌクレオチド、30億ユニットからなるゲノムを持っています。 これはそのようなテキストです：ATGCATGGGATTTCC - 30億の長さです。 これは読むべきテキストです。 それはDNAの1分子ではなく、実際には23である。なぜなら、各分子はひどく長く、数億ものユニットを含む23の染色体を持つからだ。

それを読むには？ まず、DNAを「制限酵素」と呼ばれる特殊な酵素で切断した。 制限酵素は、約6〜8個のヌクレオチドを含む短いDNA配列を認識し、この場所でのみ、DNA二重らせんを明確に切断する。 それはそのような "ハサミ"が開かれた、それは発見された70年代初めの画期的なものであり、これらの酵素は非常に特異的な "ハサミ"を切断する細菌細胞に見出されます。 いろいろな種類がありますので、DNAを片方向、完全に別の方法、第3の方法、第4の方法で短くカットすることができます。 これは非常に簡単に行われます。

さらに、「ゲル電気泳動」と呼ばれる方法によって、DNA分子は非常に穏やかに分離される。

今の課題は、短い断片の順序を決定することです - それは数百または数百単位を含むかもしれません。 Sangerメソッドを使用します。

このような分子断片は、両端に特殊なアダプターが付加されている。なぜなら、制限酵素は突出した鎖部分を残しており、これらの一本鎖断片を用いてアダプターを付加することができるからである。 アダプターは、私たちが選択した特定のシーケンスを持っています。合成されています。 したがって、各部分は、現在、われわれが知っている終わりまでの非常に明確なシーケンスを持つようになりました。 そして、既知の配列を用いてこれらの断片、プライマーに付加することができる。これは、それが相補鎖を合成したDNA配列上で利用可能になるからである。

サンガーの考えは、そのような融合が起こるとき、延長することができないような三リン酸と呼ばれる正常な前駆体ヌクレオチドの混合物を添加することが必要であるということであった。 これは、ヌクレオチド糖の特別な化学修飾であり、付加されたヌクレオチドが鎖に組み込まれる場合、DNAポリメラーゼはそれを超えて伸びることができない。 試料は4つの部分に分けられ、各部分は、正常な三リン酸と共に、三リン酸化学的に修飾された塩基が添加される。

相補鎖がある確率でDNAポリメラーゼと合成されると、それはランダムに修飾されたヌクレオチドが組み込まれたときに停止する。 結果として、合成である同一分子が非常に多く存在するサンプルでは、この文字を持つ一連の分子、例えばTまたはAが得られます。この場合、我々はこのプールのプールにそれらの先人たちは、我々は修正された前駆体の合成を追加し、我々はこの場所で停止する。 したがって、我々はこの手紙のどこに建てられたかを正確に教える分子の長さを持っています。 そして、ゲル電気泳動によって行われる分子の長さに沿ってのみ分裂が存在する。 それはあなたが長さでこれらの分子を分離することを可能にし、我々が現在研究しているヌクレオチドがどこにあるのか、我々は停止の合成、つまりフラグメントの長さを、例えば、文字Tが連続しているときには、 これは文字Tの場合、文字Aの場合、文字Gの場合は文字Cの場合に行われます。したがって、シーケンス全体を読み込みます。

これは、シーケンシャルな読み方のすばらしい、独創的な方法です。 彼は最終的にヒトゲノムの配列決定を可能にした - ゲノムを配列決定すると言われている。 そして、今世紀初めに読まれ、莫大な費用を要する最初のヒトゲノムが、これらの方法がロボット化され、大きく改変されているため、わずか30億ドルに過ぎないので、現在ははるかに安いシーケンスを決定するコスト。 個々の男性の順序を決定するために、価格は1,000ドルに近いです。 すでに数千人のゲノムを配列決定し、解析しています。 DNAシーケンシングの方法の絶対的な信じられない発展は、人生の分子的性質の理解とバイオテクノロジーと医学の応用において莫大な進歩をもたらしました。