Os nucleotídeos são os elementos químicos da vida e são encontrados no DNA dos organismos vivos. Cada nucleotídeo consiste em um açúcar, fosfato e uma base contendo nitrogênio: adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G). A ordem específica dessas bases nucleotídicas determina quais proteínas, enzimas e moléculas serão sintetizadas pela célula.
A determinação da ordem ou da sequência de nucleotídeos é importante para o estudo de mutações, evolução, progressão da doença, testes genéticos, investigação forense e medicina. Genômica e seqüenciamento de DNA Desde que a molécula de ácido desoxirribonucléico (DNA) de dupla hélice foi conceituada em 1953, melhorias drásticas foram feitas no campo da genômica e do seqüenciamento de DNA em larga escala. Os cientistas estão trabalhando diligentemente para aplicar esse novo conhecimento ao tratamento individualizado de doenças. Sequenciamento de DNA é o processo de descobrir a sequência de várias bases nucleotídicas em fragmentos de DNA. O seqüenciamento de genes inteiros permite comparações de cromossomos e genomas presentes na mesma e em diferentes espécies. O mapeamento dos cromossomos é útil para a pesquisa científica. Analisar os mecanismos e a estrutura dos genes, alelos e mutações cromossômicas nas moléculas de DNA sugere novas maneiras de tratar desordens genéticas e interromper o crescimento de tumores cancerígenos, por exemplo. avançou bastante no campo da genômica a partir da década de 1970. Sanger se sentiu pronto para enfrentar o seqüenciamento de DNA após o seqüenciamento bem-sucedido do RNA ao estudar a insulina. Sanger não foi o primeiro cientista a se envolver no seqüenciamento de DNA. No entanto, seus métodos inteligentes de seqüenciamento de DNA - desenvolvidos em conjunto com os colegas Berg e Gilbert - ganharam o Prêmio Nobel em 1980. Sanger sabia o valor potencial de seu trabalho e muitas vezes colaborou com outros cientistas que compartilhavam seus interesses em DNA, biologia molecular e ciências da vida. < Embora lento e caro em comparação com as tecnologias atuais de sequenciamento, os métodos de sequenciamento de DNA da Sanger foram elogiados na época. Após tentativa e erro, Sanger encontrou a "receita" bioquímica secreta para separar cadeias de DNA, criando mais DNA e identificando a ordem dos nucleotídeos em um genoma. Materiais de alta qualidade podem ser facilmente adquiridos para uso em laboratório estudos: Sanger descobriu como cortar o DNA em pequenos segmentos usando a enzima DNA polimerase. Ele então produziu mais DNA a partir de um modelo e inseriu traçadores radioativos no novo DNA para demarcar seções das cadeias separadas. Ele também reconheceu que a enzima precisava de um primer que pudesse se ligar a um ponto específico na fita modelo. Em 1981, Sanger novamente fez história ao descobrir o genoma dos 16.000 pares de bases do DNA mitocondrial. A temperatura deve ser cuidadosamente ajustada ao longo do processo de sequenciamento. Primeiro, produtos químicos são adicionados a um tubo e aquecidos para desvendar (desnaturar) a molécula de DNA de fita dupla. Em seguida, a temperatura é resfriada, permitindo a ligação do primer. Em seguida, a temperatura é aumentada para incentivar a atividade ideal da DNA polimerase (enzima). A polimerase normalmente usa os nucleotídeos normais disponíveis, que são adicionado a uma concentração mais alta. Quando a polimerase chega a um nucleotídeo ligado ao corante com "terminação da cadeia", a polimerase para e a cadeia termina aí, o que explica por que os nucleotídeos tingidos são chamados de "terminação da cadeia" ou "terminadores". O processo continua muitas, muitas vezes. Eventualmente, o nucleotídeo ligado ao corante foi colocado em todas as posições da sequência de DNA. A eletroforese em gel e os programas de computador podem identificar as cores dos corantes em cada uma das fitas de DNA e descobrir toda a sequência de DNA com base na tinta, a posição da tinta e o comprimento das fitas. Essencialmente, a nova tecnologia de sequenciamento de DNA executa centenas de reações Sanger em um microchip pequeno e de fácil leitura, que é executado em um computador programa que monta a sequência. A técnica lê fragmentos de DNA mais curtos, mas ainda é mais rápida e eficiente que os métodos de sequenciamento de Sanger, para que mesmo projetos de larga escala possam ser concluídos rapidamente. O Projeto Genoma Humano, concluído em 2003, é um dos mais famosos estudos de seqüenciamento realizados até o momento. De acordo com um artigo de 2018 da Science News, o genoma humano consiste em aproximadamente 46.831 genes, o que foi um desafio formidável para a sequência. Os principais cientistas de todo o mundo passaram quase 10 anos colaborando e consultando. Liderado pelo Instituto Nacional de Pesquisa em Genoma Humano , o projeto mapeou com sucesso o genoma humano usando uma amostra composta de doadores de sangue anônimos. O Projeto Genoma Humano dependia do cromossomo artificial bacteriano (BAC métodos de sequenciamento baseados em) para mapear pares de bases. A técnica usou bactérias para clonar fragmentos de DNA, resultando em grandes quantidades de DNA para sequenciamento. Os clones foram então reduzidos em tamanho, colocados em uma máquina de sequenciamento e montados em trechos representando o DNA humano. Novas descobertas na genômica estão mudando profundamente as abordagens para prevenção, detecção e tratamento de doenças. O governo comprometeu bilhões de dólares em pesquisas de DNA. A aplicação da lei depende da análise de DNA para resolver casos. Os kits de teste de DNA podem ser adquiridos para uso doméstico para pesquisar ancestrais e identificar variantes genéticas que podem representar riscos à saúde: As novas tecnologias geralmente vêm com a possibilidade de benefício social, além de danos; exemplos incluem usinas nucleares com defeito e armas nucleares de destruição em massa. As tecnologias de DNA também trazem riscos. Mais frequentemente, questões éticas relacionadas ao seqüenciamento de DNA têm a ver com consentimento informado. O fácil acesso ao teste de DNA direto ao consumidor significa que os consumidores podem não entender completamente como suas informações genéticas serão usadas, armazenadas e compartilhadas. Os leigos podem não estar emocionalmente prontos para aprender sobre suas variantes genéticas defeituosas e riscos à saúde. Terceiros, como empregadores e companhias de seguros, podem potencialmente discriminar indivíduos que carregam genes defeituosos que podem dar origem a sérios problemas médicos.
Genômica é o estudo de DNA, genes, interações genéticas e influências ambientais nos genes. O segredo para desvendar o complexo funcionamento interno dos genes é ser capaz de identificar sua estrutura e localização nos cromossomos. O esquema dos organismos vivos é determinado pela ordem (ou sequência) dos pares de bases de ácidos nucléicos no DNA. Quando o DNA se replica, a adenina combina com timina e a citosina com guanina; pares incompatíveis são considerados mutações
.
Ao mesmo tempo, discussões em andamento permitem que os pesquisadores fiquem à frente das implicações éticas de tais tecnologias que explodem rapidamente.
Definição de seqüenciamento de DNA
A maior ambição de Sanger era sequenciar genomas inteiros em larga escala, mas sequenciar os pares de bases de um minúsculo bacteriófago empalideceu em comparação com sequenciando os 3 bilhões de pares de bases do genoma humano. No entanto, aprender a sequenciar todo o genoma de um bacteriófago humilde foi um passo importante para reunir todo o genoma de seres humanos. Como o DNA e os cromossomos são compostos de milhões de pares de bases, a maioria dos métodos de sequenciamento separa o DNA em pequenos fios e então os segmentos de DNA são reunidos; leva apenas tempo ou máquinas sofisticadas e rápidas.
Noções básicas sobre seqüenciamento de DNA
Métodos de seqüenciamento de DNA: métodos de Sanger
Outro desenvolvimento empolgante foi o método da espingarda que amostrou e sequenciou aleatoriamente até 700 pares de bases de uma só vez. Sanger também é conhecido por seu uso do método didesoxi (didesoxinucleotídeo) que insere um nucleotídeo de terminação de cadeia durante a síntese do DNA para marcar seções do DNA para análise.Os didesoxinucleotídeos interrompem a atividade da polimerase do DNA e impedem a construção de nucleotídeos em uma cadeia de DNA. br> Etapas de seqüenciamento de DNA
Avanços na tecnologia de seqüenciamento de DNA
O sequenciamento de alto rendimento - geralmente chamado de sequenciamento de próxima geração - usa novos avanços e tecnologias para sequenciar bases de nucleotídeos mais rapidamente e mais barato do que nunca. Uma máquina de seqüenciamento de DNA pode lidar facilmente com trechos de DNA em larga escala. De fato, todo o genoma pode ser feito em questão de horas, em vez de anos, com as técnicas de sequenciamento de Sanger.
Os métodos de sequenciamento da próxima geração podem lidar com análises de DNA de alto volume sem a etapa adicional de amplificação ou clonagem. obtenha DNA suficiente para o sequenciamento. As máquinas de sequenciamento de DNA executam várias reações de sequenciamento ao mesmo tempo, o que é mais barato e rápido.
The Human Genome Project
Outros exemplos de sequenciamento de DNA
Implicações éticas de Sequenciamento de DNA
Preocupações emocionais sobre o seqüenciamento de DNA e ferramentas de edição de genes como o CRISPR incluem medos de que a tecnologia possa facilitar a clonagem humana ou levar a animais transgênicos mutantes criados por um cientista desonesto. >
