ДНҚ тізбектерінің ұқсастығын өлшеу және геномикадағы қолданылуы
DNA–DNA hybridization
ДНҚ-ДНҚ гибридтеуі – геномдардағы ДНҚ тізбектерінің ұқсастығын өлшеу әдісі. Таксономия, филогенез зерттеулерінде қолданылады. ДНҚ арасындағы генетикалық қашықтықты анықтайды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
ДНҚ тізбектеріндегі ұқсастықты өлшеуге қолданылатын техника. Геномикадағы нақты қолданысы.
Technique used to measure similarity in DNA sequences
the specific use in genomics
Геномикада ДНҚ-ДНҚ гибридтеуі – ДНҚ тізбектері арасындағы генетикалық ұқсастық дәрежесін өлшейтін молекулалық биологиялық техника. Ол екі организм арасындағы генетикалық қашықтықты анықтау үшін қолданылады және филогенез бен таксономияда кеңінен пайдаланылады.
In genomics, DNA–DNA hybridization is a molecular biology technique that measures the degree of genetic similarity between DNA sequences. It is used to determine the genetic distance between two organisms and has been used extensively in phylogeny and taxonomy.
Әдіс
Бір организмнің ДНК-сы белгіленеді, содан кейін салыстыру үшін белгіленбеген ДНК-мен араластырылады. Қоспа инкубацияланады, бұл ДНК тізбектерінің ажырауына мүмкіндік береді, содан кейін суытылып, жаңа гибридтік екі тізбекті ДНК құрылады. Жоғары дәрежеде ұқсас гибридтелген тізбектер берік байланысады және оларды бөлу үшін көбірек энергия қажет: яғни, олар ұқсас емес тізбектерге қарағанда жоғары температурада қыздырылғанда ғана ажыратылады, бұл процесс "ДНК балқыту" деп аталады. Гибридтелген ДНК-ның балқу профилін бағалау үшін екі тізбекті ДНК бағанаға немесе сүзгіге бекітіледі және қоспа кіші қадамдармен қыздырылады. Әр қадамда бағана немесе сүзгі жуылады; балқыған тізбектер жеке тізбектерге айналып, жуылып кетеді. Белгіленген ДНК-ның ажыратылатын температурасы тізбектер арасындағы ұқсастық деңгейін көрсетеді (ал өзін-өзі гибридтеу үлгісі бақылау ретінде қолданылады). Бұл нәтижелер организмдер арасындағы генетикалық ұқсастық деңгейін анықтау үшін біріктіріледі. Бір мембранада көптеген ДНК сынамаларын көптеген ДНК зондтарымен гибридтеуге арналған әдіс ұсынылды. Бұл сынамалар мембранадағы өз жолақтарында бөлінуі керек, содан кейін мембрана әртүрлі бұрышқа бұрылып, көптеген ДНК зондтарымен бір мезгілде гибридтеуге мүмкіндік беруі керек.
The DNA of one organism is labelled, then mixed with the unlabelled DNA to be compared against. The mixture is incubated to allow DNA strands to dissociate and then cooled to form renewed hybrid double stranded DNA. Hybridized sequences with a high degree of similarity will bind more firmly, and require more energy to separate them: i. e. they separate when heated at a higher temperature than dissimilar sequences, a process known as "DNA melting". To assess the melting profile of the hybridized DNA, the double stranded DNA is bound to a column or filter and the mixture is heated in small steps. At each step, the column or filter is washed; sequences that melt become single stranded and wash off. The temperatures at which labelled DNA comes off reflects the amount of similarity between sequences (and the self hybridization sample serves as a control). These results are combined to determine the degree of genetic similarity between organisms. One method was introduced for hybridizing large numbers of DNA samples against large numbers of DNA probes on a single membrane. These samples would have to be separated in their own lanes inside the membranes and then the membrane would have to be rotated to a different angle where it would result in simultaneous hybridization with many different DNA probes.
Қолданылуы
Бірнеше түрді салыстырғанда, ұқсастық шамалары организмдерді филогенетикалық ағашқа орналастыруға мүмкіндік береді; демек, бұл молекулалық систематиканы жүргізудің бір жолы.
When several species are compared, similarity values allow organisms to be arranged in a phylogenetic tree; it is therefore one possible approach to carrying out molecular systematics.
Микробиология саласында
ДНК-ДНК будандастыру (ДДХ) бактерия түрлерін ажыратудың басты әдісі болып табылады, себебі оларды көзбен шамалап анықтау қиын. Бұл техника ірі организмдерде кеңінен қолданылмайды, онда түрлер арасындағы айырмашылықтарды анықтау оңай. 1900 жылдардың соңында, егер штаммдардың ДНК-ДНК ұқсастығы 70%-дан жоғары болса және олардың балқу температурасы 5°C-қа дейін жақын болса, олар бір түрге жатады деп есептелді. 2014 жылы бактериялардың ішкі түрлерін ажырату үшін 79% ұқсастық деңгейі ұсынылды. ДДХ бактериялар үшін жиі қолданылатын әдіс, бірақ ол көп күш жұмысын қажет етеді, қателіктерге ұшырауы мүмкін және техникалық тұрғыдан күрделі. 2004 жылы жаңа ДДХ әдісі сипатталды. Бұл әдіс микропластиналарды және түстік белгіленген ДНК-ны пайдаланып, уақытты қысқарту және үлгілердің санын арттыруға мүмкіндік берді. Бұл жаңа ДДХ техникасы бактериялар таксономиясының стандарты болды.
DNA–DNA hybridization (DDH) is used as a primary method to distinguish bacterial species as it is difficult to visually classify them accurately. This technique is not widely used on larger organisms where differences in species are easier to identify. In the late 1900s, strains were considered to belong to the same species if they had a DNA–DNA similarity value greater than 70% and their melting temperatures were within 5 °C of each other. In 2014, a threshold of 79% similarity has been suggested to separate bacterial subspecies. DDH is a common technique for bacteria, but it is labor intensive, error prone, and technically challenging. In 2004, a new DDH technique was described. This technique utilized microplates and colorimetrically labelled DNA to decrease the time needed and increase the amount of samples that can be processed. This new DDH technique became the standard for bacterial taxonomy.
Зоологияда
Чарльз Сибли мен Джон Ахликвист, осы әдістің алғашқы зерттеушілері, құстар (Сибли-Ахликвист таксономиясы) мен приматтардың филогенетикалық байланыстарын анықтау үшін ДНК-ДНК гибридтеуін пайдаланды.
Charles Sibley and Jon Ahlquist, pioneers of the technique, used DNA–DNA hybridization to examine the phylogenetic relationships of avians (the Sibley–Ahlquist taxonomy) and primates.
Радиоактивтілік
1969 жылы Мэри Лу Парду мен Джозеф Галл Йель университетіндегі радиоактивтік әдіс арқылы осындай тәжірибе жасады, онда ерітіндідегі радиоактивті сынақ ДНК-сы цитологиялық препараттың бекітілген ДНК-сымен гибридтелуге ұшырады, бұл авторадиография деп белгіленеді.
In 1969, one such method was performed by Mary Lou Pardue and Joseph G. Gall at the Yale University through radioactivity where it involved the hybridization of a radioactive test DNA in solution to the stationary DNA of a cytological preparation, which is identified as autoradiography.
Геномдық секвенирлеу арқылы ауыстыру
Сыншылар бұл әдіс жақын туысқан түрлерді салыстыру үшін дәл емес деп санайды, себебі организмдер арасындағы ортологты тізбектер арасындағы айырмашылықтарды өлшеуге жасалған кез келген тыраныс, организм геномындағы паралогты тізбектердің араласуымен көмкеріледі. ДНҚ тізбектеу және есептеу арқылы тізбектерді салыстыру қазір генетикалық қашықтықты анықтаудың басты әдісі болып табылады, алайда бұл әдіс микробиологияда бактерияларды анықтауға көмектесу үшін де қолданылады.
Critics argue that the technique is inaccurate for comparison of closely related species, as any attempt to measure differences between orthologous sequences between organisms is overwhelmed by the hybridization of paralogous sequences within an organism's genome. DNA sequencing and computational comparisons of sequences is now generally the method for determining genetic distance, although the technique is still used in microbiology to help identify bacteria.
In silico әдістері
Қазіргі таңдағы тәсіл – толық немесе ішінара секвенцияланған геномдарды қолдана отырып, ДНҚ-ДНҚ гибридизациясын компьютерлік ортада (in silico) жүргізу. DSMZ-да жасалған GGDC және TYGS, ДДГ-ға балама мәндерді есептеу үшін ең дәл құралдар болып саналады. Прокариоттардың жүйелемелік комитетінің сот комиссиясы dDDH-ді таксономиялық дерек ретінде мойындады.
The modern approach is to carry out DNA–DNA hybridization in silico utilizes completely or partially sequenced genomes. The GGDC and TYGS developed at DSMZ are the most accurate known tools for calculating DDH analogous values. The Judicial Commission of International Committee on Systematics of Prokaryotes has admitted dDDH as taxonomic evidence.