Phát hiệnđộtbiến nhờ Xác định
trình tự của DNA(DNAsequencing)
Trong nhiều nghiên cứu di truyền, một mục tiêu chính là xácđịnh cho được
trình tựcủa các base trên toàn bộ hoặc một phần của gene. Việc xác định
trình tự của ADN cho phép tìm hiểu bản chất củađộtbiến gene, chức năng
của gene, mức độ tương tựcủa gene với các gene khác đã biết.
Kỹ thuật xác địnhtrìnhtự nucleotide của ADN bằng cách sử dụng phương
pháp dideoxy
Một kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để xác địnhtrìnhtự của ADN là phương
pháp dideoxy (dideoxy method) do Frederick Sanger đưa ra. Phương pháp
này được thực hiện bằng cách sử dụng các dide- oxynucleotide chấm dứt
chuỗi (chain-terminating dideoxynucleotide). Đây là các nucleotide có cấu
trúc tương tự như các deoxyribonucleotide bình thường khác chỉ khác ở chỗ
chúng thiếu mất một nhóm hydroxyl trong cấu trúc. Sự khác biệt này trong
cấu trúc làm cho phân tử này không thể tạo thêm liên kết phosphodiester với
các nucleotide tự do. Như vậy mặc dù các dideoxynucleotide có thể gắn vào
một chuỗi ADN đang được tổng hợp nhưng sau nó không có thêm nucleotide
nào gắn vào thêm được nữa và chấm dứt quá trình nhân đôi ngay tại vị trí đó.
Người ta sử dụng 4 loại dideoxynucleotide khác nhau, mỗi loại sẽ bổ sung
với các deoxyribonucleotide A, T, G, hoặc C.
Trình tựcủa một chuỗi đơn ADN nào cần đọc trìnhtự sẽ đựơc trộn với các
primer được đánh dấu bằng các chất hoạt tính phóng xạ, ADN polymerase,
các nucleotide thông thường và một loại dideoxynucleotide. Primer sẽ lai với
một vị trí tương ứng trên chuỗi đơn ADN theo nguyên tắc bổ sung và ADN
polymerase sẽ giúp bổ sung tiếp các nucleotide như trong kỹ thuật PCR.
Dideoxynucleotide sẽ gắn vào chuỗi ADN đang được tổng hợp khi có
nucleotide tương ứng theo nguyên tắc bổ sung. Tuy nhiên khi điều này xảy ra
thì quá trình tổng hợp chuỗi ADN cũng bị ngừng lại.
Ở bất kỳ một vị trí nhất định nào, hoặc sẽ có một nucleotide bình thường
hoặc một dideoxynucleotide có thể được thêm vào một cách ngẫu nhiên. Quá
trình này cho phép tạo nên các đoạn ADN với chiều dài khác nhau, mỗi đoạn
đều kết thúc bời cùng một loại dideoxynucleotide. Những đoạn ADN có thể
phân lập theo chiều dài bằng điện di như trình bày ở phần trên.
Bốn loại phản ứng khác nhau được thực hiện cho 4 loại nucleotide, các đoạn
thu được từ mỗi loại phản ứng sẽ được chạy điện di bên cạnh nhau trên cùng
một gel để vị trí của các đoạn có thể so sánh được với nhau. Vì mỗi band ứng
với một chuỗi ADN tận cùng bởi 1 loại base duy nhất nên trìnhtựcủa ADN
có thể được đọc bằng cách quan sát thự tựcủa các band trên gel sau khi sử
dụng kỹ thuật phóng xạ tự chụp (các primer có hoạt tính phóng xạ sẽ chỉ vị trí
của các đoạn ADN trên phim). Trong mỗi quá trình phản ứng như vậy có thể
đọc được trìnhtựcủa vài trăm cặp base.
Tuy nhiên cách đọc trìnhtựcủa ADN theo cách này tương đối chậm, khó
khăn và dễ sai sót. Gần đây kỹ thuật đọc trìnhtự ADN tự động (automated
ADN sequenced) sử dụng hệ thống pháthiện màu huỳnh quang (fluorescent),
hóa chất phát sáng (chemiluminescent) hoặc hệ thống đo màu (colorimetric)
đang được phát triển. Việc sử dụng các primer hoặc dideoxynucleotide được
gắn huỳnh quang giúp cho phương pháp này trở nên phổ biến.
Một mạch khuôn ADN được đọc trìnhtự bằng cách sử dụng phương pháp
tương tự bước kéo dài primer trong kỹ thuật PCR. Mỗi một trong 4
dideoxynucleotide khác nhau được gắn với một loại màu huỳnh quang
cho phép phát ra một phổ ánh sáng riêng. Các đoạn ADN đã được gắn huỳnh
quang sau phản ứng tổng hợp sẽ được điện di trên gel polyacrylamide rất
mỏng rồi sau đó được kích thích bằng một chùm tia laser . Ánh sáng phát ra
được ghi nhận qua một camera kỹ thuật số (digital camera) để chuyển thành
các tín hiệu điện tử và chuyển thành ảnh. Ảnh này được phân tích để chuyển
thành dạng đồ thị trong đó mỗi một loại nucleotide khác nhau được mô tả
bằng một đỉnh màu khác nhau, trìnhtựcủa các đỉnh màu này trên đồ thị cho
phép đọc trìnhtựcủa đoạn ADN. Một đoạn khoảng 500 bp của 64 người
khác nhau có thể được phân tích trên cùng một gel trong vòng từ 2 đến 4 giờ.
Phương pháp đọc trìnhtựtự động cũng được thực hiện cho việc đánh giá tính
chất đa hình của các đoạn lặp ngắn (STRP), tính đa hình của đơn nucleotide
(single-nucleotide polymorphism: SNP) và các dạng đa hình khác.
Một hướng đọc trìnhtựtự động khác là các mẫu ADN được điện di trong các
ống thuỷ tinh rất nhỏ được gọi là các ống mao dẫn (capillary) chứ không phải
trên gel polyacrylamide. Vì những ống này rất mỏng và lượng nhiệt tỏa ra
trong quá trình điện di rất ít nên việc đọc trìnhtự diễn ra rất nhanh, kỹ thuật
này cho phép đọc trìnhtựcủa 600 bp của 96 mẫu chỉ trong vòng 15 phút.
Ngoài ra một kỹ thuật mới là sử dụng sắc ký khối phổ (mass spectroscopy),
đây là một kỹ thuât có độ phân giải cao trước đây dùng để phân tích protein.
Sự phát triển của kỹ thuật MALDI-TOF (matrixassisted laser
desorption/ionization time-of-flight) cho phép phân tích hàng trăm mẫu ADN
trong vài phút. Hiện nay đây là kỹ thuật thu hút nhiều sự quan tâm trong việc
sử dụng để đọc trìnhtự ADN.
Bằng cách sử dụng vi tính và các kỹ thuật tự động đã làm tăng khả năng đọc
trình tựcủa ADN và đã cho phép đọc được trìnhtựcủa toàn bộ 3 tỷ bp trong
genome của người.
. Phát hiện đột biến nhờ Xác định
trình tự của DNA (DNA sequencing)
Trong nhiều nghiên cứu di truyền, một mục tiêu chính là xác định cho được
trình.
trình tự của các base trên toàn bộ hoặc một phần của gene. Việc xác định
trình tự của ADN cho phép tìm hiểu bản chất của đột biến gene, chức năng
của gene,