ما الذي يقوم عليه تهجين الحمض النووي؟ على الرغم من أن تسلسل الحمض النووي مزدوج الشريطة مستقر بشكل عام في ظل الظروف الفسيولوجية ، فإن تغيير هذه الظروف في المختبر (عادةً عن طريق رفع درجة الحرارة المحيطة) سيؤدي إلى انفصال الجزيئات إلى خيوط فردية. هذه الأخيرة مكملة لبعضها البعض ، ولكنها قد تكمل أيضًا التسلسلات الأخرى الموجودة في بيئتها. يسمح خفض درجة الحرارة المحيطة للجزيئات أحادية السلسلة بالتصلب أو "التهجين" مع بعضها البعض. هذه هي طريقة تهجين الحمض النووي.
المفهوم من وجهة نظر البيولوجيا الجزيئية
العلماء المشاركون في كل من تكرار الحمض النووي ونسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي يعتمدون على تقاطعات النيوكليوتيدات وتقنيات البيولوجيا الجزيئية. يتضمن ذلك اللطخات الجنوبية والشمالية ، تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) ، ومعظم طرق تهجين وتسلسل DNA-RNA.
التطبيق
التهجين هو الخاصية الرئيسية للنيوكليوتيداتتسلسل ويستخدم في العديد من طرق البيولوجيا الجزيئية. يمكن تحديد العلاقة الجينية الشاملة لنوعين من خلال تهجين أجزاء من الحمض النووي الخاص بهم (تهجين الحمض النووي والحمض النووي). بسبب التشابه في التسلسل بين الكائنات الحية وثيقة الصلة ، يلزم ارتفاع درجة الحرارة لإذابة هجينة الدنا مقارنة بالكائنات البعيدة. تستخدم طرق مختلفة التهجين لتحديد أصل عينة الحمض النووي ، بما في ذلك تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR). في طريقة أخرى ، يتم تهجين تسلسل الحمض النووي القصير إلى mRNA الخلوي لتحديد الجينات المعبر عنها. تستكشف شركات الأدوية استخدام الحمض النووي الريبي المضاد للتحسس لربط الحمض النووي الريبي غير المرغوب فيه ، مما يمنع الريبوسوم من ترجمة الرنا المرسال إلى بروتين.
يشير تهجين الحمض النووي DNA بشكل عام إلى تقنية البيولوجيا الجزيئية التي تقيس درجة التشابه الجيني بين مجموعات تسلسل الحمض النووي. يستخدم عادة لتحديد المسافة الجينية بين كائنين. لقد تم استخدامه على نطاق واسع في علم التطور والتصنيف.
المنهجية
تم تصنيف الحمض النووي من كائن حي واحد ، ثم خلطه مع الحمض النووي غير المسمى الذي يمكن مقارنته به. يتم تحضين الخليط للسماح لخيوط الحمض النووي بالانفصال ثم تبريدها لتشكيل DNA هجين مزدوج تقطعت به السبل. سوف ترتبط المتواليات المهجنة بدرجة عالية من التشابه بشكل أكثر إحكامًا وتتطلب المزيد من الطاقة لفصلها: أي أنها تنفصل عند تسخينها على درجة أعلىدرجة الحرارة من التسلسلات غير المتشابهة ، وهي عملية تعرف باسم "ذوبان الحمض النووي".
ذوبان الحمض النووي
تقييم ملف الانصهار للحمض النووي المهجن ، يرتبط الحمض النووي مزدوج الشريطة بما يسمى "العمود" ويتم تسخين الخليط الناتج. في كل خطوة ، يتم غسل العمود وتصبح سلاسل الحمض النووي التي تذوب مفردة وتغسل العمود. تعكس درجات الحرارة التي يخرج عندها الحمض النووي المسمى العمود مقدار التشابه بين التسلسلات (ويعمل نمط الطي الذاتي كعنصر تحكم). يتم الجمع بين هذه النتائج لتحديد درجة التشابه الجيني بين الكائنات الحية. وفقًا لعلم الأحياء الدقيقة الحديث ، فإن تهجين الحمض النووي مستحيل دون فهم هذه الأشياء.
عندما تتم مقارنة أنواع متعددة من حامض الريبونوكلييك (أو الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين) بهذه الطريقة ، فإن قيم التشابه تسمح بوضع الأنواع في شجرة النشوء والتطور. لذلك ، هذا هو أحد الأساليب الممكنة لإجراء النظم الجزيئية. استخدم تشارلز سيبلي وجون ألكويست ، رواد هذه التقنية ، تهجين الحمض النووي DNA لدراسة العلاقات التطورية للطيور (تصنيف Sibley-Ahlquist) والرئيسيات.
أهمية في علم الأحياء
تهجين الحمض النووي DNA هو المعيار الذهبي لتمييز الأنواع البكتيرية ، بقيمة تشابه تزيد عن 70٪ ، مما يشير إلى أن السلالات المقارنة تنتمي إلى أنواع مختلفة. في عام 2014 ، تم اقتراح حد أدنى قدره 79٪ من التشابه لفصل السلالات البكتيرية.
يؤكد النقاد أن هذه التقنية غير دقيقة لمقارنة الأنواع وثيقة الصلة ، حيث إن أي محاولة لقياس الاختلافات بين التسلسلات المتعامدة بين الكائنات الحية يطغى عليها تهجين النظراء المتقاربين في جينوم الكائن الحي. تعد مقارنات تسلسل الحمض النووي والتسلسل الحسابي حاليًا الطريقة شائعة الاستخدام لتحديد المسافة الجينية ، على الرغم من أن هذا النهج لا يزال يستخدم في علم الأحياء الدقيقة للمساعدة في تحديد البكتيريا.
الطريقة الحالية هي إجراء تهجين DNA-DNA في السيليكون باستخدام جينومات متسلسلة كليًا أو جزئيًا. يعد GGDC الذي طوره DSMZ أكثر الأدوات المعروفة دقة لحساب القيم المشابهة لـ DDH. من بين التحسينات الخوارزمية الأخرى ، فإنه يحل مشكلة التسلسلات المتكافئة عن طريق ترشيحها بعناية خارج التطابقات بين تسلسلين من الجينوم.
طريقة FISH
التهجين الموضعي (FISH) هو تقنية معملية تستخدم لاكتشاف وتسلسل الحمض النووي ، غالبًا على كروموسوم معين.
في عام 1969 ، نشر جوزيف غال وماري لو باردو ورقة توضح أن النسخ المشعة من تسلسل الحمض النووي الريبوزومي يمكن استخدامها لاكتشاف تسلسل الحمض النووي التكميلي في نواة بيضة الضفدع. منذ هذه الملاحظات الأصلية ، زادت العديد من التحسينات من تعدد الاستخدامات وحساسية الإجراء إلى حد أن التهجين في الموقع ("في المكان" ، اللاتينية) يعتبر الآن أداة مهمة في علم الوراثة الخلوية. (يستخدم المصطلح في الموقع الآن أيضًا للإشارة إلى المرحلة الأولية من نمو السرطان ، عندما يكون النسيج الظهاري فقط متورطًا في العملية المرضية.)
تسلسل التهجين الفلوري
يمكن تصميم مجسات RNA لأي جين أو أي تسلسل داخل الجين لتصور lncRNA و miRNA mRNA في الأنسجة والخلايا. يتم استخدام FISH من خلال دراسة دورة تكاثر الخلايا ، ولا سيما الطور البيني النووي لأي تشوهات صبغية. يسمح لك FISH بتحليل سلسلة كبيرة من الحالات الأرشيفية ، فمن الأسهل بكثير تحديد الكروموسوم المحدد عن طريق إنشاء مسبار بقاعدة كروموسوم اصطناعية تجذب كروموسومات مماثلة.
إشارات التهجين لكل مسبار عند اكتشاف خلل نووي: يتكون كل مسبار للكشف عن mRNA و lncRNA من 20 زوجًا من قليل النوكليوتيدات ، ويغطي كل زوج مساحة 40-50 نقطة أساس. ص. تستخدم المجسات الكيمياء المسجلة الملكية لاكتشاف mRNA.
تهجين مع تحقيقات الحمض النووي
غالبًا ما تُصنع المجسات من شظايا الحمض النووي التي تم عزلها وتنقيتها وتضخيمها لاستخدامها في تصميم الجينوم البشري. إن حجم الجينوم البشري كبير جدًا مقارنة بالطول الذي يمكن تسلسله مباشرة بحيث يلزم تقسيمه إلىفتات. في النهاية ، تم ترتيب هذه الأجزاء عن طريق هضم نسخة من كل جزء إلى وحدات أصغر باستخدام نوكليازات داخلية خاصة بالتسلسل لقياس حجم كل جزء صغير باستخدام كروماتوغرافيا استبعاد الحجم باستخدام هذه المعلومات لتحديد مكان تداخل الأجزاء الكبيرة مع بعضها البعض.
للحفاظ على العناصر بتسلسل الحمض النووي الفردي ، تمت إضافة الأجزاء إلى نظام مجموعات بكتيرية متكررة باستمرار. يتم تخزين مجموعات البكتيريا المستنسخة ، كل مجموعة تحافظ على كروموسوم صناعي واحد ، في مختبرات مختلفة حول العالم. يمكن زراعة الكروموسومات الاصطناعية (BACs) واستخلاصها وتوسيمها في أي مختبر يحتوي على مكتبة. غالبًا ما يتم تسمية المكتبات الجينومية على اسم المؤسسات التي تم تطويرها فيها. مثال على ذلك مكتبة RPCI-11 ، التي سميت على اسم معهد روزويل للسرطان في بوفالو (نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية). تشكل هذه الشظايا حوالي 100 ألف زوج قاعدي وهي أساس معظم تحقيقات FISH.
