Wie Biologen eines Gene mit DNA-Sequenzierung lesen
DNA-Sequenzierung welche die Reihenfolge der Nukleotide in einem DNA-Strang bestimmt, ermöglicht es Wissenschaftlern, den genetischen Code zu lesen, so dass sie die normalen Versionen von Genen untersuchen können. Es ermöglicht ihnen auch Vergleiche zwischen normalen Versionen eines Gens und krankheitsverursachende Versionen eines Gens zu machen.
Nachdem sie die Reihenfolge der Nukleotide in beiden Versionen eines Gens bekannt sind, können sie erkennen, welche in dem Gen Ursache der Krankheit verändert.
Die DNA-Sequenzierung beruht auf einer besonderen Art von Nukleotid, genannt ddNTP (kurz für dideoxyribonucleotide Triphosphat). ddNTPs sind etwas ähnlich wie regelmäßige DNA Nukleotide, aber sie sind unterschiedlich genug, dass sie die DNA-Replikation zu stoppen.
Wenn ein ddNTP zu einer wachsenden Kette von DNA zugesetzt wird, kann DNA-Polymerase keine weiteren Nukleotide hinzuzufügen, so dass die wachsende Kette an diesem Punkt stoppt. DNA-Sequenzierung verwendet diese Kettenunterbrechung die Reihenfolge von Nukleotiden in einem Strang von DNA zu bestimmen.
Die meisten DNA-Sequenzierung heute getan ist Zyklus-Sequenzierung (In der Figur nicht gezeigt), viele Kopien des Gens zu schaffen, werden sequenziert ein Prozess, wie PCR funktioniert. Aber im Gegensatz zu PCR, ddNTPs sowie regelmäßige Nukleotide der Mischung hinzugefügt. So, wie die DNA-Polymerase arbeitet viele Kopien des Gens zu machen weg, hin und wieder packt es ein ddNTP (als weiße Rechtecke dargestellt) anstelle eines normalen Nukleotid (als schwarze Rechtecke dargestellt).
Nachdem ein ddNTP zu einer wachsenden DNA-Molekül zugegeben wird, wird die Replikation gestoppt. Das Endergebnis ist cycle sequencing viele Teilkopien des Gens sequenziert werden, von denen alle an unterschiedlichen Stellen angehalten werden, und sind daher unterschiedlich lang.
Nachdem die Teilkopien gemacht werden, laden die Wissenschaftler sie in eine Maschine, die Gel-Elektrophorese verwendet die Kopien in Reihenfolge nach Größe zu setzen. Da die Teilsequenzen durch die Maschine passieren, liest ein Laser mit einer fluoreszierenden Markierung auf jedem ddNTP, die die Reihenfolge der Nukleotide in dem Gen zeigt.
Testen Sie Ihr ddNTP Leseverständnis mit diesen Fragen der Praxis:
Ein Wissenschaftler will die Sequenz eines Gens mit einer genetischen Erkrankung assoziiert zu bestimmen. Sie nimmt DNA-Proben eine Person, die die krankheitsverursachende Version des Gens sie in vier separate Teströhrchen hat, die jeweils Nukleotiden, DNA-Polymerase und Primern.
Dann wurde in jedes Röhrchen, fügt sie hinzu eine Art von Didesoxynukleotid - ddATP, ddGTP, ddCTP oder ddTTP - so dass jedes Rohr DNA-Fragmente zu produzieren, die mit einem bestimmten Nukleotid-Ende (A, G, C oder T). Nach den Sequenzierungsreaktionen ausgeführt wird, lädt sie die Ergebnisse jedes Röhrchens in ein Gel und trennt die Gelelektrophorese unter Verwendung von Fragmenten.
Basierend auf den Ergebnissen in ihrem Gel, in dieser Figur gezeigt, was die Sequenz des Gens?
Eine junge Frau, deren Mutter starb früh einsetzende Alzheimer will wissen, ob sie mit einem Risiko für die Entwicklung der Krankheit ist. Die Krankheit wird durch ein dominantes Allel verursacht, so dass, wenn die Frau hat nur eine einzige Kopie der krankheitsverursachenden Allels, sie die Krankheit entwickeln werde.
Beschreiben Sie, wie ein Wissenschaftler eine Blutprobe von der jungen Frau verwenden konnte sie auf das Vorhandensein der krankheitsverursachenden Allel zu screenen. Achten Sie darauf, alle notwendigen Techniken zu umfassen, mit der Blutprobe zu starten.
Im Folgenden werden die Antworten auf die Fragen der Praxis.
DNA bewegt sich in Richtung der positiven Elektrode in einem Gel, und die kleinsten Fragmente bewegen den größten Abstand, so dass die Bänder in dem Gel, das auf die + am nächsten sind, sind die kleinsten Bands.
Der kürzeste Fragment (das niedrigste Band) ist in der Spur, die mit ddCTPs, so das erste Nukleotid in dem DNA-Strang muss C. Die nächste Band ist in der Spur geladen wurde, die mit ddTTPs geladen wurde, so dass die nächste Nukleotid muss T sein .
Die nächste Band ist wieder in der C-Spur, so dass die nächste Nukleotid muss eine C sein, wenn man das Gel von der + Seite lesen Sie weiter auf die Seite - - mit anderen Worten, von unten nach oben - Sie können herausfinden, die Rest der DNA-Sequenz. Die gesamte Sequenz ist CTC AGC CAT AGG.
Der Wissenschaftler würde DNA aus der Probe von Blut zu extrahieren und dann entweder die DNA-Sequenzierung oder Restriktionsenzyme verwendet werden, um zu bestimmen, ob die junge Frau, die krankheitsverursachenden Allel trägt.
DNA-Sequenzierungsmethode: Der Wissenschaftler liest die Sequenzen der jungen Frau Allele und vergleicht sie mit den bekannten Sequenzen der normalen und der Krankheit Allele. Der Wissenschaftler trennt die jungen DNA-Probe der Frau und legt sie in vier Röhren. Jedes Röhrchen enthält Primer, die für die Alzheimer-Gen und viele Nukleotide.
Eine von jeder Röhre enthält einen anderen fluoreszenzmarkierten ddNTP: eine mit ddATP, eine mit ddCTP, eine mit ddGTP und eine mit ddTTP. Der Wissenschaftler stellt die Rohre in einen Zyklus Sequenzer, wo sie viele Runden der DNA-Replikation durchlaufen.
Dann läuft der Wissenschaftler die Proben durch ein Gel, das sie nach Größe trennt. Der Computer erkennt das Fluoreszenzsignal am Ende jedes DNA-Stück vom kleinsten zum größten und verwendet sie, um die DNA-Sequenzen für die junge Frau, die Allele zu rekonstruieren.
Restriktionsenzym-Methode: Der Wissenschaftler verwendet PCR auf der DNA aus dem Blut viele Kopien des Gens zu bilden, die mit Alzheimer-Krankheit. Dann verwendet der Wissenschaftler, der ein Restriktionsenzym, das innerhalb der normalen und Krankheitsformen des Gens schneiden anders bekannt ist.
Der Wissenschaftler schneidet die DNA-Probe der jungen Frau mit dem Restriktionsenzym und trennt dann die DNA mittels Gelelektrophorese. Der Wissenschaftler vergleicht die Größen der DNA von der jungen Frau DNA zu dem bekannten Muster durch die normalen und Krankheit Allele erzeugt erzeugten Fragmente.