Анализ последовательности днк реферат

Обновлено: 04.07.2024

использование информационных технологий в молекулярной биологии

Анализ последовательностей ДНК ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Молекулярная биология — это комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, строение и функции нерегулярных биополимеров (белков и нуклеиновых кислот). Поскольку ДНК является материальным носителем генетической информации, молекулярная биология значительно сблизилась с генетикой, и на стыке образовалась молекулярная генетика, являющаяся одновременно разделом генетики и молекулярной биологии. Для анализа генетической информации привлекается вычислительная техника, в связи с чем появились новые направления молекулярной генетики, которые иногда считают особыми дисциплинами: биоинформатика, геномика и протеомика.

Анализ последовательностей биологических макромолекул (ДНК, РНК, белков) является существенной частью повседневной работы современного биолога. Из-за большого размера макромолекул в подавляющем большинстве случаев такой анализ требует использования специализированных программ для просмотра аннотированных последовательностей, выявления интересующих исследователя функциональных участков, рестрикционного анализа, подбора праймеров для ПЦР и т. д. Кроме того, планирование молекулярно-биологических экспериментов in silico перед их реальной постановкой in vitro способно сэкономить время, средства и помочь избежать ошибок[1].

В связи с большим разнообразием возможных вариантов анализа последовательностей ДНК и потребностей молекулярных биологов в настоящее время существует значительное количество компьютерных программ, в той или иной степени эти потребности удовлетворяющих. Существующие программные решения можно разделить на две группы: крупные программные пакеты, способные выполнять всесторонний анализ последовательностей ДНК, и специализированные программы, предназначенные для решения конкретной частной проблемы. В первом случае речь идет, как правило, о наборе небольших программ (например, пакет EMBOSS [2]) суммарно представляющих мощный аналитический инструмент, который, однако, из-за слабой связи этих программ между собой и нестандартного интерфейса не очень удобен для молекулярного биолога, не специализирующегося в области биоинформатики. Программы второй группы имеют, как правило, более привычный простой графический интерфейс и должны быть удобнее в работе (при условии реализации всех необходимых для пользователя функций). Также существуют различные web-приложения, среди которых можно, наверное, найти программы для всех мыслимых вариантов анализа последовательностей биологических макромолекул, но подавляющее большинство таких приложений является слишком узкоспециализированными[1].

Реферат
Методы секвенирования ДНК
Содержание:
1. Введение
2. Методы секвенирования
3. Секвенирование ДНК по Сангеру
4. Определение нуклеотидной последовательности модифицированным методом Максама и Гилберта
5. Секвенирование с помощью нанопор
6. Компьютерный анализ генетических текстов
7. Другие методы секвенирования
8. Заключение
9. Список литературы
1. Введение.
Разработка методовклонирования и определения последовательности оснований (секвенирования) нуклеиновых кислот положила начало новому этапу развития молекулярной биологии. Знание первичной структуры участков генома, выполняющих определенные функции, дало возможность эффективно применить для их исследования целый арсенал новых методов генной инженерии. Эти методы (направленный мутагенез, рекомбинация in vitro и др.)позволяют модифицировать участки нуклеотидных последовательностей и исследовать их функции на молекулярном уровне. С их помощью комбинируются участки генетического материала и создаются геномы с совершенно новыми функциями.
Секвенирование нуклеиновых кислот в настоящее время стало рутинным методом молекулярной биологии. Несомненно, в ближайшем будущем появятся еще более совершенные автоматическиесеквенаторы, что приведет к резкому увеличению числа расшифрованных последовательностей.

Благодаря знанию генетического кода появилась возможность определять участки нуклеотидных последовательностей, кодирующих потенциальные белки. Этот источник и сегодня дает нам основную информацию о функциональном строении нуклеотидной последовательности. В ближайшее десятилетие мы станем свидетелями появления новых технологий,которые превратят секвенирование ДНК в недорогую рутинную процедуру. Грядет эра персонифицированной медицины, и готовиться к ней нужно уже сегодня.

2. Методы секвенирования.
ДНК, приступающая к делению, претерпевает кардинальные изменения: двойная спираль раскручивается, цепи расходятся. На каждой из них начинается синтез комплементарных полинуклеотидов, на одной – непрерывный, на второйпрерывистый. Его катализирует фермент под названием полимераза; другой фермент, лигаза, сшивает полинуклеотидные фрагменты в непрерывную цепь. Так из одной молекулы ДНК образуются две.

Многие методы секвенирования ДНК основаны на взаимной комплементарности цепей этой молекулы. Генетический алфавит состоит всего из четырех букв – азотистых оснований аденина (А), цитозина (С), гуанина (G) итимина (Т). Основания противоположных цепей молекулы ДНК соединяются в соответствии с правилом комплементарности: А образует пару с Т, а С – с G. В результате такого взаимодействия образуется хорошо известная двойная спираль – структура, напоминающая винтовую лестницу. Живые организмы используют принцип комплементарности при копировании своего генетического материала и устранения повреждений в нем(репарации). Он же лежит в основе амплификации целевых фрагментов ДНК и их последующего секвенирования с помощью метода, разработанного в конце 1970-х гг. Ф. Сангером.

3. Секвенирование ДНК по Сангеру.

1. Перед секвенированием по методу Сангера молекулу ДНК разрезают на фрагменты и клонируют в Escherichia coli. Выделенные из бактериальных клеток фрагментымногократно амплифицируют с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР)

2. ПЦР состоит в следующем. Образец ДНК нагревают до температуры, при которой происходит расхождение цепей. Затем в реакционную смесь добавляют дезоксинуклеозидтрифосфаты (dNTP) и праймер – короткий олигонуклеотид, комплементарный небольшому сегменту ДНК-матрицы. Он гибридизуется с этим сегментом, и ДНК-полимераза последовательноприсоединяет к его концу dNTP, комплементарные нуклеотидам копируемой цепи. Процесс многократно повторяют, пока не получат миллионы копий каждого фрагмента.

3. Раствор с одноцепочечными фрагментами и праймерами распределяют по четырем пробиркам, в каждую из которых добавлены четыре разные dNTP и один из флуоресцентно меченных дидезоксинуклеозидтрифосфатов.

Молекулярная диагностика в настоящее время играет важную роль в медицине и, так множество заболеваний связано с накоплением мутаций в молекуле ДНК. В настоящее время для анализа нуклеотидной последовательности ДНК широко используются традиционные подходы, включая методы секвенирования по Сэнгеру.

Секвенирование ДНК - это определение первичной нуклеотидной последовательности . При формальном описании первичной структуры макромолекулы, размеры секвенируемых участков ДНК обычно не превышают 100 пар нуклеотидов и 1000 пар нуклеотидов при секвенировании по Сэнгеру. Современная наука для секвенирования генов обычно применяет метод Сэнгера с дидезоксинуклеозидтрифосфатами. До начала проведения секвенирования производят амплификацию участка ДНК, то есть процесс образования дополнительных копий участков хромосомной ДНК , которые обычно содержат в себе определённые гены или участки структурного гетерохроматина. Учаток ДНК определяется при помощи полимеразной цепной реакции, смысл которой заключается в увеличении малых концентраций фрагментов ДНК.

В отличии от секвенаторов, построенных на основе классического метода Сенгера, технологии секвенирования нового поколения дают большое количество сравнительно коротких нуклеотидных последовательностей. На данный момент наиболее распространенными технологиями высокопроизводительного секвенирования являются: секвенирование путем синтеза с обратимой терминацией (Illumina), пиросеквенирование (Roche), секвенирование путем лигирования (SOLiD), полупроводниковое секвенирование (Ion torrent).

Технологии NGS позволяют секвенировать одновременно несколько тысяч молекул ДНК, тем самым повышая скорость исследования и увеличивая объем получаемых данных, при этом снижая себестоимость анализа. Секвенирование нового поколения увеличивает шансы обнаружить гены, которые причастны к возникновению редких геномных заболеваний.

Большое колличество технологий высокопроизводительного секвенирования включают в себя следующие этапы: подготовку библиотек, непосредственно секвенирование и анализ данных, полученных в результате исследования.

После секвенирования полученные данные могут быть обработаны с помощью биоинформатика или специального программного обеспечения, установленного на приборе или сервере. Данные проходят несколько этапов обработки: исключение ридов с низким качеством прочтения, выравнивание данных относительно референсной последовательности или сборку последовательности de novo и возможность анализировать результаты секвенирования, позволяющую определять тип генетических вариантов, наследственный характер, оценивать уровень экспрессии генов, идентифицировать новые гены и элементы, регулирующие их.

Метод секвенирование получил применение в медицине. С помощью данного метода проводят диагностику генетических заболеваний исследование фармакогенетических свойств, предрасположенность к раковым и опухолевым заболеваем, полногеномный анализ инфекционных возбудителей, метагеномов. С помощью секвенирования нового поколения стало возможным выявления генов, отвечающих за неблагоприятный исход, которые стали причиной лейкоза, злокачественного заболевания кровеносной системы. Метод NGS позволяет врачам подойти к заболеванию персонально и подобрать индивидуальное лечение.

Также данный метод применим для идентификации микроорганизмов, которые стали причиной инфекционного заболевания. Расшифровка генома патогенного микроорганизма, в том числе вызывающего летальный исход, позволяет подобрать индивидуальное лечение и профилактику. NGS используется для выявления резистентности бактерий к антибиотикам.

Метод применим и при трансплантологии органов и тканей. Технология секвенирования нового поколения позволяет в кратковременные сроки подобрать донора и с высокой точностью определить их совместимость по HLA .

Наука многие года пытается создать человека с высокой резистентностью ко многим заболеваниям, вмешиваясь в его ДНК. С помощью секвенирования нового поколения китайский ученый Цзянькуй Хэ отредактировал геном эмбриона и попытался создать человека с устойчивостью к ВИЧ инфекции.

Применение технологий секвенирования может значительно ускорить развитие медицины, позволить диагностировать заболевания на ранних стадиях, уменьшая риск летальных исходов и перехода легких форм в хронические, подобрать индивидуальное лечение и терапию, тем самым способствуя улучшению здоровья и жизни в мировом масштабе.

1) Молекулярная биология клетки: в 3-х т. / Б. Альбертс [и др.] — М.: Мир, 1994. — Т. 1. — 517 с.

2) Глик Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б. Глик, Дж. Пастернак. — М.: Мир, 2002. — 589 с.

3) Кнорре Д. Г. Биологическая химия / Д.Г. Кнорре, С.Д.Мызина. — М.: Высшая школа, 2000. — 479 с.

4) Северин Е.С. Биохимия / Е.С. Северин – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. – 212с.

5) Касьянов, А.С. Новые методы обработки данных, полученных с помощью современных технологий секвенирования, для решения задач анализа экспрессии генов: автореф. дис. на соск. учен. степ. канд. физ-мат наук (03.01.03) / Касьянов Артем Сергеевич. - Москва, 2012. – 24 с.

ДНК – самая важная молекула для всех живых существ, даже растений. Она определяет наследование, кодирования белков и содержит инструкции для развития и размножения всего организма и каждой его клетки в отдельности. Достижения генетики позволили раскрыть информацию, содержащуюся в ДНК, и использовать ее с пользой для людей. Теперь каждый может сделать конфиденциальный ДНК-тест, чтобы получить ответы на самые сложные вопросы. Давайте узнаем больше, как работает и какова биологическая роль ДНК.

Какие функции выполняет ДНК в организме

ДНК несет ответственность за рост и поддержание жизни, что выражается в выполнении этой молекулой трех функций.

Таким образом, на что влияет ДНК в организме? Размеры ее влияния огромны – эта молекула содержит инструкции, необходимые организму для развития, жизни и размножения. Эти инструкции находятся внутри каждой клетки и передаются от обоих родителей их детям.

ДНК помогает синтезу РНК

Матричная РНК, или мРНК, – это одноцепочечная промежуточная молекула, которая переносит генетическую информацию от ДНК в ядре к цитоплазме, где она служит шаблоном в образовании полипептидов. мРНК синтезируется в ядре с использованием нуклеотидной последовательности ДНК в качестве матрицы.

Молекулярные болезни и связь молекул ДНК

Молекулярное, или генетическое, заболевание – это любое заболевание, вызванное сбоем на молекулярном уровне, то есть в молекуле ДНК. Генетическая аномалия может варьироваться от незначительной до крупной – от одной мутации в единственном основании в ДНК до грубой хромосомной аномалии, включающей изменение количества или набора хромосом. Мутации могут происходить либо случайно, либо из-за воздействия окружающей среды.

Существует ряд различных типов генетических нарушений обмена, в том числе:

моногенные – изменения или мутации, происходящие в последовательности ДНК одного гена. Примеры заболеваний – кистозный фиброз, серповидноклеточная анемия, Синдром Марфана, болезнь Хантингтона и гемохроматоз;
многофакторные – вызваны сочетанием факторов окружающей среды и мутаций в нескольких генах. Например, различные гены, которые влияют на восприимчивость к раку молочной железы, были обнаружены в хромосомах 6, 11, 13, 14, 15, 17 и 22. Это также болезнь Альцгеймера, артрит, сахарный диабет, рак и ожирение.
хромосомные – поскольку хромосомы являются носителями генетического материала, отклонения в количестве или структуре хромосом могут привести к заболеванию. Аномалии в хромосомах обычно возникают из-за проблем в процессе деления клеток. Например, синдром Дауна, синдром Тернера, синдром Клайнфелтера, синдром кошачьего крика;
митохондриальные – вызываются мутациями в неядерной ДНК митохондрий. Этот ряд заболеваний включает наследственную атрофию зрительного нерва Лебера, заболевание глаз, миоклоническую эпилепсию с рваными мышечными волокнами (MERRF), а также митохондриальную энцефалопатию, лактоацидоз и инсультоподобные эпизоды (MELAS), редкие формы деменции.

Однако далеко не все мутации в генах – это приговор. Гены могут включаться и выключаться при определенных условиях среды. Поэтому даже имея предрасположенность к тому или иному заболеванию, для предупреждения их развития человек может соблюдать назначенный врачом план питания и тренировок, отказываясь от вредных привычек.

Строение и действие гена РНК

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота, а РНК – рибонуклеиновая кислота. Хотя и ДНК, и РНК несут генетическую информацию и имеют связь между собой, между ними довольно много различий. Что общего между ДНК и РНК и в чем отличия?

ДНК содержит дезоксирибозу, в то время как РНК содержит рибозу. Единственная разница между рибозой и дезоксирибозой состоит в том, что рибоза устроена несколько иначе – она имеет на одну группу -ОН больше, чем дезоксирибоза, которая имеет -Н, присоединенную ко второму углероду в кольце. ДНК представляет собой двухцепочечную молекулу, в то время как РНК представляет собой одноцепочечную молекулу. ДНК стабильна в щелочных условиях, а РНК нестабильна.

Функции ДНК и РНК в организме разные. ДНК отвечает за хранение и передачу генетической информации, в то время как РНК непосредственно кодирует аминокислоты и выступает в качестве посредника между ДНК и рибосомами для производства белков.

Преимущества проведения анализов в лаборатории Медикал Геномикс Украина

Лаборатория Медикал Геномикс Украина – крупнейшая в стране английская лаборатория генетических исследований. Здесь вы можете пройти любой генетический тест, в том числе для установления родственных отношений, а также медицинские, генеалогические исследования.

Мы работаем быстро и качественно, гарантируя конфиденциальность и высокую точность результата, поскольку используем передовое оборудование, а каждый тест проверяется двумя независимыми группами ученых.

Позвоните нам, если у вас есть вопросы – наши консультанты ответят на них и помогут оформить заказ. Сдать биоматериалы можно в одном из наших 78 пунктов приема образцов по всей Украине или заказав набор для домашнего забора материала.

Читайте также: