انگشت نگاری DNA چیست؟ اصول، روش‌ها، کاربردها

فهرست مطالب نمایش

انگشت نگاری DNA چیست؟

انگشت نگاری DNA یا پروفایل DNA فرآیندی است که برای تعیین توالی نوکلئوتیدی در قسمت خاصی از DNA که در همه انسان‌ها منحصر به فرد است، استفاده می‌شود.

فرآیند انگشت نگاری DNA توسط Sir Alec Jeffrey در دانشگاه لستر در سال 1985 اختراع شد.

اصول انگشت نگاری DNA

DNA هر انسان روی این سیاره 99.9 درصد با افراد دیگر مشابه است. با این حال، حدود 0.1٪ یا 3 در 106 جفت باز (از 3 x 109 جفت باز) DNA در هر فرد منحصر به فرد است.

ژنوم انسان دارای تعداد زیادی توالی کوچک غیر کد کننده با قابلیت به ارث رسیدن بازها است که بارها تکرار می‌شوند. آن‌ها پروتئین‌ها را کد نمی‌کنند، بلکه 95 درصد از DNA ژنتیکی ما را تشکیل می‌دهند و به همین دلیل “DNA بی رمز” نامیده می‌شوند.

آن‌ها را می‌توان به عنوان ماهواره از DNA حجیم در طول سانتریفیوژ گرادیان چگالی جدا کرد و از این رو DNA ماهواره‌ای نامید.

در دی‌ان‌ای ماهواره‌ای، تکرار بازها پشت سر هم است. بسته به طول، ترکیب پایه و تعداد واحدهای تکراری پشت سر هم، DNA های ماهواره‌ای دارای زیرمجموعه‌هایی مانند ریزماهواره‌ها و مینی ماهواره‌ها هستند.

DNAهای ماهواره‌ای پلی مورفیسم را نشان می‌دهند. اصطلاح پلی مورفیسم زمانی استفاده می‌شود که یک واریانت در یک مکان با فراوانی بیش از 01/0 جمعیت وجود داشته باشد.

تغییرات به دلیل جهش رخ می‌دهد. این جهش‌ها در توالی‌های غیر کدکننده با گذشت زمان روی هم انباشته شده‌اند و اساس پلی‌مورفیسم DNA را تشکیل می‌دهند (تغییرات در سطح ژنتیکی به دلیل جهش‌ها ایجاد می‌شود).

بنابراین، نواحی ناخواسته DNA از چندشکلی‌های طولی تشکیل شده‌اند که تغییرات فیزیکی مولکول DNA را نشان می‌دهند.

در مکان‌های خاص روی کروموزوم، تعداد تکرارهای پشت سر هم بین افراد متفاوت است. تعداد مشخصی تکرار برای هر مکان خاص روی کروموزوم وجود خواهد داشت.

بسته به اندازه تکرار، مناطق تکرار به دو گروه طبقه بندی می‌شوند. تکرارهای پشت سر هم کوتاه (STRs) شامل 2-5 تکرار جفت باز و تعداد متغیر تکرارهای پشت سر هم (VNTRs) دارای تکرار 9-80 جفت باز هستند.

از آنجاییکه یک کودک 50 درصد از DNA را از پدر و 50 درصد دیگر را از مادر دریافت می‌کند، بنابراین تعداد VNTRها در ناحیه خاصی از DNA کودک متفاوت خواهد بود ممکن است به دلیل درج، حذف یا جهش در بازها باشد.

در نتیجه، هر فردی دارای ترکیب مشخصی از VNTRها است و این اصل اصلی انگشت نگاری DNA است.

به عنوان یک تغییر در نوکلئوتید ممکن است چند محل برش بیشتر از یک نوکلئوتید معین ایجاد کند یا ممکن است برخی از محل‌های برش موجود را حذف کند.

بنابراین، اگر DNA هر فردی با آنزیم محدود کننده هضم شود، الگوی (اندازه) قطعات تولید می‌شود و در موقعیت محل برش متفاوت خواهد بود. این اصول اولیه انگشت نگاری DNA است.

روش‌های انگشت نگاری DNA

پلی مورفیسم طول قطعه محدود (RFLP) و واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) تقویت تکرارهای پشت سر هم کوتاه (STRs) دو آزمایش اصلی DNA هستند که به طور گسترده برای انگشت نگاری DNA استفاده می‌شوند.

الف. پلی مورفیسم طول قطعه محدود (RFLP)

اولین مرحله در این فرآیند جداسازی DNA از ماده نمونه مورد آزمایش است. حجم نمونه برای تست RFLP باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا نتیجه مناسب به دست آید.

هنگامی که اندازه مورد نیاز نمونه در دسترس بود، DNA از نمونه جدا می‌شود و با استفاده از آنزیم‌های محدود کننده تحت هضم محدود قرار می‌گیرد.

سپس نمونه DNA هضم شده توسط الکتروفورز ژل آگارز جدا می‌شود که در آن DNA بر اساس اندازه جدا می‌شود.

مرحله بعدی انتقال DNA جدا شده از دال ژل بر روی غشای نیتروسلولز برای هیبرید شدن با یک پروب نشاندار شده است که مخصوص یک ناحیه VNTR است (توالی مکمل نشاندار فعالیت رادیویی برای توالی نوکلئوتیدی ناحیه VNTR).

این روش انتقال و هیبریداسیون DNA بر روی غشای نیتروسلولزی به نام ساوترن بلاتینگ شناخته می‌شود که به طور گسترده‌ای مورد استفاده زیست شناسان مولکولی برای تشخیص DNA است.

پس از هیبریداسیون با کاوشگرهای رادیواکتیو، فیلم پرتو ایکس از ساترن بلاتینگ ایجاد می‌شود و تنها مناطقی که کاوشگر رادیواکتیو متصل شده، روی فیلم ظاهر می‌شوند.

اکنون این نوارها در مقایسه با سایر نمونه‌های شناخته شده، نتیجه نهایی انگشت نگاری DNA را ارائه می‌دهد.

مزایا

RFLP دقیق‌تر از PCR در نظر گرفته می‌شود، عمدتاً به این دلیل که اندازه نمونه بیشتر استفاده می‌شود، از نمونه DNA تازه استفاده می‌شود و آلودگی تکثیر وجود ندارد.

محدودیت

با این حال، RFLP به دوره زمانی طولانی‌تری برای تکمیل تجزیه و تحلیل نیاز دارد و هزینه بر است.
ب. واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) تقویت تکرارهای پشت سر هم کوتاه (STRs)

هزاران نسخه از یک منطقه متغیر خاص توسط PCR که اساس این تشخیص را تشکیل می‌دهد، تقویت می‌شود.

STR با توالی تکرار شناخته شده با استفاده از ژل الکتروفورز تقویت و جدا می‌شود.

فاصله طی شده توسط STR بررسی می‌شود.

برای تکثیر STRها با استفاده از PCR، یک DNA مصنوعی کوتاه به نام پرایمرها به طور ویژه طراحی شده‌اند تا به یک ناحیه مشترک غیرمتغیر DNA بسیار حفاظت شده متصل شوند که در کنار ناحیه متغیر DNA قرار دارد.

با مقایسه اندازه توالی STR تقویت شده توسط PCR با سایر نمونه‌های شناخته شده، نتیجه نهایی انگشت نگاری DNA به دست می‌آید.

مزایا

مقدار کمی از نمونه برای آزمایش کافی است.
زمان کوتاه‌تری برای تکمیل نیاز دارد.
کم هزینه‌تر است.

محدودیت

دقت کمتری نسبت به RFLP.
احتمال آلودگی نیز وجود دارد.

کاربردهای انگشت نگاری DNA

انگشت نگاری DNA توسط دانشمندان برای تمایز بین افراد یک گونه استفاده شده که تنها با استفاده از نمونه‌هایی از DNA آن‌ها استفاده می‌شود. این یک روش اولیه برای شناسایی افراد است.

پزشکی قانونی:

مواد بیولوژیکی مورد استفاده برای پروفایل DNA عبارتند از: خون، مو، بزاق، مایع منی، سلول‌های بافت بدن و غیره. DNA جدا شده از نمونه شاهد را می‌توان از طریق نمونه اولیه VNTR (تعداد متغیر تکرارهای پشت سر هم) مقایسه کرد. در حل جنایاتی مانند قتل و تجاوز جنسی مفید است.

تعیین پدر و مادر:

برای تشخیص والدین یک فرد به بررسی VNTRهای ا می‌پردازیم. تجزیه و تحلیل نمونه اولیه VNTR والد-فرزند برای حل موارد مورد مناقشه استفاده شده است. از این اطلاعات می‌توان در پرونده‌های ارثی، پرونده‌های مهاجرت نیز استفاده کرد.

شناسایی شخصی:

از مفهوم استفاده از اثر انگشت DNA به عنوان نوعی بارکد ژنتیکی برای تعیین دقیق افراد استفاده می‌کند.

تشخیص اختلالات ارثی:

همچنین در تشخیص اختلالات ارثی در نوزادان قبل از تولد و نوزادان متولد شده مفید است. این اختلالات ممکن است شامل فیبروز کیستیک، هموفیلی، بیماری هانتینگتون، آلزایمر خانوادگی، کم خونی داسی شکل، تالاسمی و بسیاری موارد دیگر باشد.

توسعه درمان برای اختلالات ارثی:

با انگشت نگاری DNA بستگانی که سابقه بیماری خاصی دارند، می‌توان نمونه‌های اولیه DNA مرتبط با این بیماری را مشخص کرد.

تشخیص ایدز:

با مقایسه نوار HIV “RNA” (تبدیل شده به DNA با استفاده از RTPCR) با نوارهای تشکیل شده توسط خون، می‌توان فرد مبتلا به ایدز را شناسایی کرد.

برنامه‌های پرورش:

پرورش دهندگان به طور معمول از فنوتیپ برای ارزیابی ژنوتیپ گیاه یا حیوان استفاده می‌کنند. از آنجاییکه تشخیص هموزیگوت یا هتروزیگوت از نظر ظاهری دشوار است، انگشت نگاری DNA امکان تعیین دقیق ژنوتیپ را فراهم می‌کند. اساساً در پرورش اسب‌های مسابقه و سگ‌های شکاری مفید است.

همچنین بخوانید: