1985年以来使用されている主要なDNA分析技術

遺伝学に基づく研究は、今日のより急速に進化する科学分野の1つです。初期の技術は、DNAシーケンスに放射性ラベルを使用した技術、DNAを構成する個々の塩基の識別から始まりました。 DNAは、ウイルスを含むすべての生物の青写真です。これは、アデノシンの場合はAとして指定され、グアノシンの場合はG、シトシンのC、チミンのTとして指定されている、数百万または数十億の繰り返し単位から形成されます。 人間には、約90億個のこれらの基地が含まれており、独特のパターンなしで繰り返されます。 3つの塩基がアミノ酸を象徴しています。アミノ酸の鎖がタンパク質を決定します。異なるタンパク質の補体は、表現型と呼ばれる生物の特性を決定します。 DNA分析技術は、生物がどのように発達するかを理解するためにDNA配列を決定するために使用され、癌のような疾患を引き起こす順序の間違いを理解します。 1985年のPCRの開発後、技術は急速に進歩しました。

1. ポリメラーゼ連鎖反応

   • ポリメラーゼ連鎖反応、またはPCRは、おそらく遺伝学研究における最も重要な科学的ブレークスルーです。 Kary Mullinsは1985年にPCRを発明しました。PCRプロセスにより、科学者はDNAの特定の領域を増幅し、数時間以内に数百万コピーを生産できます。 PCRは、Thermus aquaticusと呼ばれる細菌種から分離されたTaqポリメラーゼと呼ばれる熱安定酵素を採用しており、温泉に住んでいます。原材料の存在下で、TAQポリメラーゼは、元のDNAをテンプレートとして使用してDNAの重複コピーを合成します。研究者は、プライマーと呼ばれる20個の塩基鎖のDNAを含めることにより、増幅されるDNAの正確な領域を決定できます。プライマーは、DNAテンプレート上の一致する塩基セットにペアリングまたはアニーリングを組み合わせて増幅を開始します。 1985年以降に開発されたすべての新しいテクノロジーには、PCR増幅の派生物が必要です。

   DNAシーケンス技術

   • DNAシーケンスは、窒素塩基の正確な順序を決定します。 PCR中に各ベースに放射性ラベルでタグ付けされたシーケンス方法の早期開発。 増幅されたDNAは電流によって分離され、ポリアクリルアミドと呼ばれるゲルのような材料を通過します。 X線写真で読むと放射性ラベルが同じように見えるため、各ベース構成が別々のレーンで決定されたという事実によって、この技術は制限されていました。 ゲル上の1つの車線が各ベースに使用されました。蛍光色素の開発は、1990年代初頭に技術を自動化し、各ベースに異なる色のラベルが付けられました。 ベースがゲルを通過すると、デジタルカメラが色を記録し、データを添付のコンピューターシステムに送信しました。自動化されたシーケンスにより、放射性ラベルの200塩基制限との間、最大700のベースを決定することができました。

   毛細管シーケンスの開発

   • 1997年頃、DNAシーケンス技術は、乱雑なガラス板とポリアクリルアミドをガラス毛細血管に置き換えることにより、さらに開発されました。研究者は、2つのガラス板の間にアクリルアミドを注ぎ、シーケンス前にゲル様ポリアクリルアミドの形成を待つ必要がなくなりました。代わりに、中空のガラス繊維に注入されたポリアクリルアミドの厚いシロップ様ポリマー誘導体を使用して、シーケンスを実行しました。サンプルは、PCRと蛍光色素を使用して依然として増幅され、シーケンスのために個々の毛細血管に自動的にロードされます。 その結果、テクニックの自動化と、より多くのサンプルを短時間でシーケンスする能力が発生しました。人間のゲノムの大部分、90億のすべての塩基は、毛細管シーケンスを使用して決定されました。

   リアルタイムPCR

   • 特定の生物のDNA配列を決定した後、研究の次の目標は、同じ種と異なる種の生物間の変動を探すことでした。 1つの理由は、異なる種のDNA配列の違いと類似性を分析することです。なぜ人間は人間であり、ゴリラはそうではありません。 もう1つの理由は、遺伝的技術を使用して、遺伝的疾患を引き起こす間違いまたは突然変異を決定することです。リアルタイムPCRは、特定のシーケンスをマークするために追加の蛍光標識プライマーを組み込んだPCRと同様のテクノロジーを採用しています。 DNAの間違いは、マーカーがDNA鎖へのアニーリングを防ぎます。マーカーをアニールする能力は、PCR中に測定され、突然変異が存在するかどうかを判断します。

   マイクロチップアレイテクノロジー

   • マイクロチップアレイ分析は、リアルタイムPCRの直後に開発され、主に遺伝子発現に使用され、細胞内のどの遺伝子が活性であるかを決定するために使用されます。ゲノム内のすべての遺伝子が活性であるわけではありません。特定の遺伝子の活性化は、複雑な生物におけるさまざまなタイプの細胞の機能を決定します。たとえば、皮膚細胞が肝臓細胞ではない理由。 研究者は、メッセンジャーRNAまたはmRNAの形で活性遺伝子の産物を分離し、PCR技術を使用してDNA補体を生成します。サンプルDNAは、DNAの存在下で蛍光を発する標識プローブを備えたプレートに発見されます。今日使用されているプレートは、一度に30,000を超えるサンプルを同時にテストできます。

   次世代シーケンス

   • DNA分析技術の最新の開発は、次世代シーケンサーです。このプロセスは、通常のシーケンスとは異なります。ただし、この機器は、バクテリアから分離されたゲノムシーケンス全体を一度に分離することができます。このプロセスには、エマルジョンPCRが組み込まれています。これは、マイクロビーズまたはオイル液滴でカプセル化されたDNAを使用する手法です。通常のPCR技術の効率を大幅に改善し、DNAの複数の領域を同時に増幅することができます。増幅されたDNAは、特殊な次世代シーケンサーを使用してシーケンスされます。 遺伝的研究で使用される技術の開発により、遺伝学は科学研究の最も急速に発展している分野の1つになりました。