Кіріспе

Бір организмнің геномдық ДНК-ның жиынтығы Геномдық кітапхана - бір организмнің геномдық ДНК-ның жиынтығын құрайтын, бір-біріне үстемдік ететін ДНК фрагменттерінің жиынтығы. ДНҚ әрқайсысы әртүрлі ДНҚ-ны қамтитын бірдей векторлардың популяциясында сақталады. Геномдық кітапхананы құру үшін организмнің ДНК-сы жасушалардан алынады, содан кейін шектеу ферментімен өңделеді, бұл ДНК-ны белгілі бір өлшемдегі фрагменттерге кесіп алады. Кейін фрагменттер ДНК лигазасын қолдана отырып, векторға енгізіледі. Бұдан кейін векторлық ДНК-ны қоныс терісі, әдетте, Escherichia coli немесе ашытқы популяциясы алады, әр клеткада тек бір вектор молекуласы болады. Векторды тасымалдау үшін хост жасушасын пайдалану нақты клондарды талдау үшін кітапханадан оңай күшейтуге және алуға мүмкіндік береді. Түрлі кіріктіру қабілеттері бар бірнеше вектор түрлері бар. Жалпы алғанда, үлкен геномдары бар организмдерден жасалған кітапханаларға үлкен еншілері бар векторлар қажет, осылайша кітапхананы жасау үшін вектор молекулаларының саны азаяды. Зерттеушілер векторды таңдағанда, геномды толық қамту үшін қажетті клондардың қажетті санын табу үшін ең қолайлы өлшемін де қарастыра алады. Геномдық кітапханалар жиі тізбектеу үшін қолданылады. Олар бірнеше организмдердің, соның ішінде адам геномдарының және бірнеше модельді организмдердің бүкіл геномдық тізбектеуінде маңызды рөл атқарды.

Тарих

Алғашқы толық реттелген ДНК-ға негізделген геномды 1977 жылы екі рет Нобель сыйлығының иегері Фредерик Сангер жасаған. Сангер және оның ғалымдар тобы ДНК-ны тізбектеу үшін бактериофагтың phi X 174 кітапханасын жасады. Бұл жетістіктің маңыздылығы гендік терапияны зерттеу үшін гендер тізбесін анықтау сұранысының артуына ықпал етті. Қазір зерттеушілер геномдардағы полиморфизмдерді санап, Паркинсон, Альцгеймер, склероз, ревматоидты артрит және 1-ші типті қант диабеті сияқты ауруларға себепші гендерді зерттей алады. Бұлардың барлығы геномдық кітапханаларды құру және тізбектеу қабілеті арқылы геномдық кең ассоциация зерттеулерінің алға басуына байланысты. Алдыңғы, байланысты және кандидат генді зерттеулер тек қана кейбір тәсілдер болды.

Геномдық кітапхананың құрылысы

Геномдық кітапхананы құру көптеген рекомбинантты ДНҚ молекулаларын құруды қамтиды. Организмнің геномдық ДНК-сы алынады да, содан кейін шектеу ферментімен қорытылады. Өте кішкентай геномдары бар организмдер үшін (10 кб), қорытылған фрагменттерді гельдік электрофорез арқылы бөлуге болады. Одан кейін бөлінген фрагменттерді клондау және векторға жеке клондау мүмкін. Алайда, үлкен геномды рестрикциялық ферментпен қорытқанда, жеке-жеке кесу үшін тым көп фрагменттер болады. Фрагменттердің барлық жиынтығы вектормен бірге клондалуы керек, содан кейін клондарды бөлу мүмкін болады. Екі жағдайда да фрагменттер бірдей рестрикциялық ферментпен өңделген вектормен байланысады. Геномдық ДНҚ-ның енгізілген бөлшектерін қамтитын векторды кейіннен қожайын организмге енгізуге болады. Төменде көрсетілген қадамдардың диаграммасы берілген.

Кітапхананың титрін анықтау

Вирустық вектормен геномдық кітапхана құрылғаннан кейін, мысалы, ламбдафаг, кітапхананың титрін анықтау мүмкін. Титрді есептеу зерттеушілерге кітапханада қанша жұқпалы вирустық бөлшектің табысты жасалғанын болжауға мүмкіндік береді. Бұл үшін белгілі концентрациядағы Е. coli өсірілімдерін түрлендіру үшін кітапхананың сұйытылымдары қолданылады. Содан кейін дақылдар агар табақтарына жабылады және бір түнде инкубацияланады. Вирустық бляшкалар саны саналады және кітапханадағы жұқпалы вирустық бөлшектердің жалпы санын есептеу үшін пайдаланылуы мүмкін. Вирустық векторлардың көпшілігіде инсертті құрайтын клондарды инсерті жоқ клондардан ажыратуға мүмкіндік беретін маркер де болады. Бұл зерттеушілерге кітапхананың бір бөлігін құрайтын жұқпалы вирустық бөлшектердің пайызын анықтауға мүмкіндік береді. Осыған ұқсас әдісті плазмидтер мен BAC-тер сияқты вирустық емес векторлармен жасалған геномдық кітапханаларды титрлеу үшін қолдануға болады. Е. coli бактериясын түрлендіру үшін кітапхананың тест-лигациясын пайдалануға болады. Содан кейін түрлендіру ағар табақтарына жайып, бір түн инкубацияланады. Трансформацияның титрін пластиналарда орналасқан колониялардың санын есептеу арқылы анықтайды. Бұл векторларда әдетте таңдауға болатын маркер бар, ол клондарды қоспасы барлардан айырмалауға мүмкіндік береді. Осы тестілеуді жүргізу арқылы зерттеушілер лигацияның тиімділігін анықтап, кітапханаға қажетті клондар санын алу үшін қажетті түзетулер жасай алады.

Скринингтік кітапхана

Кітапханадан қызығушылық тудыратын аймақтарды қамтитын клондарды оқшаулау үшін, алдымен кітапхананы тексеру керек. Скринингтің бір әдісі - гибридтеу. Кітапхананың әрбір трансформирленген қоныс жасушасында бір ғана ДНК-ны енгізген вектор болады. Бүкіл кітапхананы медиа арқылы сүзгіге түсіруге болады. Фильтр мен колониялар будандастыруға дайындалады, содан кейін зондпен таңбаланады. Нысаналы ДНК-ны ендіруді авторадиография сияқты анықтау арқылы анықтауға болады, өйткені сондамен будандастыру төмендегідей. Скринингтің тағы бір әдісі - полимеразалық тізбекті реакция (ПЦР). Кейбір кітапханалар клондар тобына жатады, ал ПТР-мен скрининг жасау - белгілі бір клондар бар тобын анықтаудың тиімді тәсілі.

Геномдық байланысты зерттеулер

Геномдық кең ассоциация зерттеулері - бұл адам нәсілі ішіндегі белгілі бір гендік нысаналар мен полиморфизмдерді табу үшін жалпы қолданбалар. Шын мәнінде, Халықаралық HapMap жобасы бірнеше елдердің ғалымдары мен агенттіктерінің серіктестігі арқылы осы деректерді каталогтауға және пайдалануға арналған. Бұл жобаның мақсаты - хромосомалық аймақтардағы ұқсастықтар мен айырмашылықтарды анықтау үшін әртүрлі адамдардың генетикалық тізбектерін салыстыру. Жалпы алғанда, геномдық кітапхана құрылымы мен ДНК-ны тізбектеудегі жетістіктер әр түрлі молекулалық нысаналарды тиімді түрде ашуға мүмкіндік берді. Осы қасиеттерді тиімді әдістер арқылы игеру жаңа дәрілік препараттарды қолдануды жеделдетеді.