Кіріспе
ДНҚ тізбектеу әдісі Пиросекуенттеу – "синтез арқылы тізбектеу" принципіне негізделген ДНҚ тізбектеу әдісі (ДНҚ-дағы нуклеотидтердің реттілігін анықтау), онда тізбектеу ДНҚ полимераза қосылған нуклеотидті анықтау арқылы жүзеге асырылады. Пиросекуенттеу пирофосфат бөлінген кезде тізбектік реакция негізінде жарық анықтауға негізделген. Сондықтан, бұл әдіс пиросекуенттеу деп аталады. Пиросекуенттеу принципі алғаш рет 1993 жылы Бертил Петтерсон, Матиас Улен және Пол Ньерен стрептавидинмен қапталған магниттік бөлшектерді, 3'-5' экзонуклеаза активтілігі жоқ рекомбинантты ДНҚ полимеразаны (тексеру) және өрт шырағы люцифераза ферментін пайдаланып люминесценцияны анықтау әдісін біріктіру арқылы сипаттаған. Тізбектеуге арналған бір тізбекті ДНК-ға үш ферменттен (ДНҚ полимераза, АТФ сульфурилаза және өрт шырағы люцифераза) тұратын қоспа және нуклеотид (dNTP) қосылады, ал нуклеотидтің қосылуы шығарылатын жарық мөлшерін өлшеу арқылы қадағаланады. Жарықтың қарқындылығы 0, 1 немесе одан көп нуклеотидтер қосылғандығын анықтайды, осылайша шаблондық тізбекте қанша қосымша нуклеотидтер бар екенін көрсетеді. Келесі нуклеотидтер қоспасы қосылғанша нуклеотидтер қоспасы алынып тасталады. Бұл процесс төрт нуклеотидтің әрқайсысымен бір тізбекті шаблонның ДНК реті анықталғанша қайталанады. Пиросекуенттеудің екінші, шешімге негізделген әдісін 1998 жылы Мостафа Ронаги, Матиас Улен және Пол Ньерен сипаттаған. Бұл баламалы әдісте ДНК полимераза қосылмаған нуклеотидтерді жою үшін қосымша апираза ферменті енгізіледі. Бұл ДНК полимераза, люцифераза және апиразадан тұратын фермент қоспасын процедураның басында қосуға және оны процедураның барлық кезеңінде сақтауға мүмкіндік берді, осылайша автоматтандыруға ыңғайлы қарапайым құрылымды қамтамасыз етті. Осы принципке негізделген автоматтандырылған құралды келесі жылы Pyrosequencing компаниясы нарыққа шығарды. Пиросекуенттеу әдісінің үшінші микрофлюидтік нұсқасын 2005 жылы Джонатан Ротберг және 454 Life Sciences компаниясының әріптестері сипаттаған. Пиросекуенттеудің бұл баламалы тәсілі ДНК-ны тізбектеуге арналған қатты тірекке бекітудің бастапқы принципіне негізделген және олар микрофабрикацияланған микромассивті пайдалану арқылы тізбектеуді жоғары параллельдікпен жүргізуге болатынын көрсетті. Бұл жоғары өнімді ДНК тізбектеуге мүмкіндік берді және автоматтандырылған құрал нарыққа енгізілді. Бұл геномикалық зерттеулерде жаңа дәуірді бастаған, келесі буын тізбектеу құралы болды, ДНК тізбектеудің бағасы тез төмендеп, тұтас геномды қолжетімді бағамен тізбектеуге мүмкіндік берді.
Pyrosequencing is a method of DNA sequencing (determining the order of nucleotides in DNA) based on the "sequencing by synthesis" principle, in which the sequencing is performed by detecting the nucleotide incorporated by a DNA polymerase. Pyrosequencing relies on light detection based on a chain reaction when pyrophosphate is released. Hence, the name pyrosequencing. The principle of pyrosequencing was first described in 1993 by, Bertil Pettersson, Mathias Uhlen and Pål Nyren by combining the solid phase sequencing method using streptavidin coated magnetic beads with recombinant DNA polymerase lacking 3´to 5´exonuclease activity (proof reading) and luminescence detection using the firefly luciferase enzyme. A mixture of three enzymes (DNA polymerase, ATP sulfurylase and firefly luciferase) and a nucleotide (dNTP) are added to single stranded DNA to be sequenced and the incorporation of nucleotide is followed by measuring the light emitted. The intensity of the light determines if 0, 1 or more nucleotides have been incorporated, thus showing how many complementary nucleotides are present on the template strand. The nucleotide mixture is removed before the next nucleotide mixture is added. This process is repeated with each of the four nucleotides until the DNA sequence of the single stranded template is determined. A second solution based method for pyrosequencing was described in 1998 by Mostafa Ronaghi, Mathias Uhlen and Pål Nyren. In this alternative method, an additional enzyme apyrase is introduced to remove nucleotides that are not incorporated by the DNA polymerase. This enabled the enzyme mixture including the DNA polymerase, the luciferase and the apyrase to be added at the start and kept throughout the procedure, thus providing a simple set up suitable for automation. An automated instrument based on this principle was introduced to the market the following year by the company Pyrosequencing. A third microfluidic variant of the pyrosequencing method was described in 2005 by Jonathan Rothberg and co workers at the company 454 Life Sciences. This alternative approach for pyrosequencing was based on the original principle of attaching the DNA to be sequenced to a solid support and they showed that sequencing could be performed in a highly parallel manner using a microfabricated microarray. This allowed for high throughput DNA sequencing and an automated instrument was introduced to the market. This became the first next generation sequencing instrument starting a new era in genomics research, with rapidly falling prices for DNA sequencing allowing whole genome sequencing at affordable prices.
Шектеулер
Қазіргі уақытта әдістің бір шектеуі – ДНК тізбектерінің жеке оқуларының ұзындығы шамамен 300-500 нуклеотидке тең, бұл тізбек тоқтату әдістерімен (мысалы, Сангер тізбектеуі) қол жеткізілетін 800-1000 нуклеотидтен қысқа. Бұл геномды жинау процесін қиындатуы мүмкін, әсіресе көп мөлшерде қайталама ДНК бар тізбектер үшін. Дұрыс оқу тексеру қабілетінің болмауы осы әдістің дәлдігін төмендетеді.
Коммерциялық мақсатта пайдалану
Швецияның Уппсала қаласындағы Pyrosequencing AB компаниясы HealthCap ұсынған венчурлік капиталмен пиросеквенциялау техникасын пайдаланып ДНК-ның қысқа бөліктерін секвенциялауға арналған жабдықтар мен реагенттерді коммерцияландыру мақсатында құрылды. Pyrosequencing AB 1999 жылы Стокгольм қор биржасында тіркелді. 2003 жылы компанияның атауы Biotage деп өзгертілді. Пиросеквенциялау бизнесін Qiagen 2008 жылы сатып алды. Пиросеквенциялау технологиясы 454 Life Sciences компаниясына лицензияланды. 454 компаниясы массивтік пиросеквенциялау технологиясын жасады, ол геномдық секвенциялау және метагеномиканы қоса, ірі масштабты ДНК секвенциялау үшін платформа ретінде пайда болды. Roche 2013 жылы 454 секвенциялау платформасын тоқтату туралы хабарлады.