تهجين الحمض النووي DNA-DNA

الموسوعة الحرة

في علم الجينوم ، يُعد تهجين الحمض النووي (DNA-DNA) تقنية بيولوجية جزيئية تقيس درجة التشابه الجيني بين تسلسلات الحمض النووي . تُستخدم هذه التقنية لتحديد المسافة الجينية بين كائنين حيّين، وقد استُخدمت على نطاق واسع في علم الوراثة العرقي وعلم التصنيف . [ 1 ]

طريقة

يُوسَم الحمض النووي لكائن حي، ثم يُخلط مع الحمض النووي غير الموسوم للمقارنة. يُحضن المزيج للسماح بانفصال خيوط الحمض النووي، ثم يُبرد لتكوين حمض نووي هجين مزدوج السلاسل جديد. ترتبط التسلسلات المهجنة ذات درجة التشابه العالية بقوة أكبر، وتتطلب طاقة أكبر لفصلها. على سبيل المثال، تنفصل عند تسخينها في درجة حرارة أعلى من التسلسلات غير المتشابهة، وهي عملية تُعرف باسم " انصهار الحمض النووي ". [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

لتقييم خصائص ذوبان الحمض النووي المهجن، يُربط الحمض النووي ثنائي السلسلة بعمود أو مرشح، ويُسخّن المزيج على مراحل صغيرة. في كل مرحلة، يُغسل العمود أو المرشح؛ ثم تتحول التسلسلات التي تذوب إلى سلاسل مفردة وتُغسل. تعكس درجات الحرارة التي ينفصل عندها الحمض النووي الموسوم درجة التشابه بين التسلسلات (وتُستخدم عينة التهجين الذاتي كعينة ضابطة). تُجمع هذه النتائج لتحديد درجة التشابه الجيني بين الكائنات الحية. [ 5 ]

تم استحداث طريقة لتهجين عدد كبير من عينات الحمض النووي مع العديد من مجسات الحمض النووي على غشاء واحد. يتطلب ذلك فصل العينات في مسارات فردية داخل الغشاء، ثم تدويرها للسماح بالتهجين المتزامن مع مجسات الحمض النووي المتعددة. [ 6 ]

الاستخدامات

عند مقارنة عدة أنواع، تسمح قيم التشابه بترتيب الكائنات الحية في مصفوفة مسافة ، مما ينتج عنه شجرة تطورية . لذا، يُعد هذا أحد الأساليب الممكنة لإجراء التصنيف الجزيئي .

في علم الأحياء الدقيقة

يُستخدم تهجين الحمض النووي (DDH) كطريقة أساسية لتمييز أنواع البكتيريا، نظرًا لصعوبة تصنيفها بدقة بالعين المجردة. [ 7 ] لا تُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع مع الكائنات الحية الكبيرة حيث يسهل تحديد الاختلافات بين الأنواع. في أواخر القرن العشرين، كانت السلالات تُعتبر من النوع نفسه إذا كانت قيمة تشابه الحمض النووي (DNA)  بينها أكبر من 70%، وكانت درجات انصهارها متقاربة في حدود 5 درجات مئوية. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] في عام 2014، اقتُرح عتبة تشابه بنسبة 79% لفصل الأنواع الفرعية للبكتيريا. [ 11 ]

يُعدّ التهجين المتماثل للحمض النووي (DDH) تقنية شائعة لدراسة البكتيريا، إلا أنها تتطلب جهدًا كبيرًا، وعرضة للأخطاء، وتُمثّل تحديًا تقنيًا. في عام 2004، وُصفت تقنية جديدة للتهجين المتماثل للحمض النووي. استخدمت هذه التقنية صفائح دقيقة وحمضًا نوويًا مُوسَمًا لونيًا لتقليل الوقت اللازم وزيادة عدد العينات التي يُمكن معالجتها. [ 12 ] أصبحت هذه التقنية الجديدة للتهجين المتماثل للحمض النووي المعيارَ المُعتمد في تصنيف البكتيريا. [ 13 ]

في علم الحيوان

استخدم تشارلز سيبل وجون ألكويست ، وهما من رواد هذه التقنية، تهجين الحمض النووي لدراسة العلاقات التطورية بين الطيور ( تصنيف سيبل-ألكويست ) والرئيسيات. [ 14 ] [ 15 ]

في النشاط الإشعاعي

في عام 1969، تم تطبيق إحدى هذه الطرق بواسطة ماري لو باردو وجوزيف جي. غال في جامعة ييل باستخدام النشاط الإشعاعي، حيث تضمنت تهجين الحمض النووي المشع في محلول مع الحمض النووي الثابت لعينة خلوية، وهو ما يُعرف بالتصوير الإشعاعي الذاتي. [ 16 ]

الاستبدال عن طريق تسلسل الجينوم

يرى النقاد أن هذه التقنية غير دقيقة لمقارنة الأنواع المتقاربة، إذ أن أي محاولة لقياس الاختلافات بين التسلسلات المتماثلة بين الكائنات الحية تتلاشى أمام تهجين التسلسلات المتشابهة داخل جينوم الكائن الحي. [ 17 ] يُعد تسلسل الحمض النووي والمقارنات الحاسوبية للتسلسلات الطريقة المُعتمدة حاليًا لتحديد المسافة الجينية، على الرغم من أن هذه التقنية لا تزال تُستخدم في علم الأحياء الدقيقة للمساعدة في تحديد البكتيريا. [ 18 ]

أساليب المحاكاة الحاسوبية

يعتمد النهج الحديث على إجراء تهجين الحمض النووي (DNA) باستخدام الجينومات المتسلسلة كليًا أو جزئيًا . [ 19 ] طُوِّر برنامج التهجين الرقمي للحمض النووي (dDDH) في مركز DSMZ ، ويستخدم خوارزمية GBDP (التصنيف الجيني القائم على مسافة BLAST) لإنتاج طرق مشابهة لـ DDH. يقدم مركز DSMZ العديد من الخدمات الإلكترونية القائمة على dDDH. لا يعاني dDDH من مشاكل DDH المتعلقة بالجينات المتشابهة، والتكرارات الكبيرة، والجينومات المختصرة، والمناطق منخفضة التعقيد. ومن بين التحسينات الخوارزمية الأخرى، يحل dDDH مشكلة التسلسلات المتشابهة عن طريق ترشيحها بعناية من التطابقات بين تسلسلي الجينوم. [ 19 ]

استُخدمت تقنية dDDH لحلّ التصنيفات المعقدة مثل الإشريكية القولونية ، ومجموعة العصوية الشمعية ، والأيروموناس . [ 20 ] وقد أقرت اللجنة القضائية التابعة للجنة الدولية لتصنيف بدائيات النوى تقنية dDDH كدليل تصنيفي. [ 21 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ إركو ستاكبراندت (8 سبتمبر 2010). التحديد الجزيئي، والتصنيف، وبنية التجمعات السكانية للكائنات بدائية النواة . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ISBN 978-3-540-31292-5.
  2. ↑ سيندن، ريتشارد ر. (1994). بنية ووظيفة الحمض النووي . سان دييغو: أكاديميك برس. ص 37-45 . ISBN  0-12-645750-6. OCLC 30109829 . 
  3. ↑ الأدوات والتقنيات في علم الأحياء الجزيئي . عائشة ديفان، جانيس رويدز. أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد. 2013. ISBN 978-0-19-969556-0. OCLC 818450218 . {{cite book}}صيانة CS1: أخرى ( رابط )
  4. ↑ فورستر، أ.س.؛ ماكينيس، ج.ل.؛ سكينجل، د.س.؛ سيمونز، ر.هـ. (11 فبراير 1985). "مجسات تهجين غير مشعة مُحضّرة عن طريق الوسم الكيميائي للحمض النووي DNA والحمض النووي RNA باستخدام كاشف جديد، وهو فوتوبيوتين" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 13 (3): 745-761 . doi : 10.1093/nar/13.3.745 . ISSN 0305-1048 . PMC 341032. PMID 2582358 .   
  5. ↑ هود، د. و.؛ داو، س. س.؛ غرين، ب. ن. (1987). "دراسات تهجين الحمض النووي على الميثيلوتروفات الاختيارية ذات الصبغة الوردية" . مجلة علم الأحياء الدقيقة العام . 133 (3): 709-720 . doi : 10.1099/00221287-133-3-709 . ISSN 0022-1287 . PMID 3655730 .  
  6. ^ سوكرانسكي، س.س. سميث، C.؛ مارتن، ل.؛ باستر، بج. ديويرست، FE؛ ليفين، الإمارات العربية المتحدة (أكتوبر 1994). "تهجين الحمض النووي "بنمط رقعة الشطرنج". مجلة التقنيات الحيوية . 17 (4): 788-792 . الرقم الدولي الموحد للدوريات 0736-6205 . الرقم المرجعي في PubMed 7833043 .  
  7. ↑ أوش، ألكسندر ف.؛ فون يان، ماتياس؛ كلينك، هانز-بيتر؛ جوكر، ماركوس (2010). "التهجين الرقمي للحمض النووي لتحديد أنواع الميكروبات عن طريق مقارنة تسلسل الجينوم" . معايير في علوم الجينوم . 2 (1): 117-134 . Bibcode : 2010SGenS...2..117A . doi : 10.4056 / sigs.531120 . ISSN 1944-3277 . PMC 3035253. PMID 21304684 .   
  8. ↑ برينر دي جيه (1973). "إعادة ارتباط الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين في تصنيف البكتيريا المعوية" . المجلة الدولية لعلم البكتيريا المنهجي . 23 (4): 298-307 . doi : 10.1099/00207713-23-4-298 .
  9. ↑ واين إل جي، برينر دي جيه، كولول آر آر، غريمونت بي دي، كاندلر أو، كريتشيفسكي إم آي، مور إل إتش، مور دبليو إي سي، موراي آر جي إي، ستاكبراندت إي، ستار إم بي، تروبر إتش جي (1987). "تقرير اللجنة المخصصة للتوفيق بين مناهج تصنيف البكتيريا" . المجلة الدولية لعلم البكتيريا المنهجي . 37 (4): 463-464 . doi : 10.1099/00207713-37-4-463 .
  10. ↑ تيندال بي جيه، روسيلو-مورا آر، بوس إتش جيه، لودفيج دبليو، كامفر بي (2010). "ملاحظات حول توصيف سلالات بدائيات النوى لأغراض التصنيف" . المجلة الدولية لعلم الأحياء الدقيقة المنهجي والتطوري . 60 (الجزء 1): 249-266 . doi : 10.1099/ijs.0.016949-0 . hdl : 10261/49238 . PMID 19700448 . 
  11. ↑ ماير-كولثوف جيه بي، هانكه آر إل، بيترسن جيه بي، شوينر سي إس، مايكل في إم، فيبيغ إيه إف، رود سي آر، رود إم آر، فارتمان بي إف، غودوين إل إيه، تشيرتكوف أو سي، ريدي تي آر، باتي إيه بي، إيفانوفا إن إن، ماركويتز في إم، كيربيدس إن سي، وويك تي دبليو، كلينك إتش بي، غوكر إم (2013). " التسلسل الجينومي الكامل لسلالة DSM 30083 T ، السلالة النمطية (U5/41 T ) من الإشريكية القولونية ، واقتراح لتحديد الأنواع الفرعية في التصنيف الميكروبي" . معايير في العلوم الجينومية . 9 2. doi : 10.1186/1944-3277-9-2 . PMC 4334874. PMID 25780495 .  
  12. ↑ ميلين، أندريه؛ غولدنر، مارسيا؛ ريد، سابين؛ ستيندل، سيبيل؛ لودفيغ، فولفغانغ؛ شلايفر، كارل-هاينز (نوفمبر 2004). "تطوير طريقة سريعة لتهجين الحمض النووي DNA-DNA تعتمد على منحنيات الذوبان في الصفائح الدقيقة". علم الأحياء الدقيقة المنهجي والتطبيقي . 27 (6): 689-695 . Bibcode : 2004SyApM..27..689M . doi : 10.1078/0723202042369875 . ISSN 0723-2020 . PMID 15612626 .  
  13. ↑ هوانغ، تشين-هسون؛ لي، شياو-وين؛ هوانغ، لينا؛ واتانابي، كويتشي (2018). "تحديد وتصنيف مجموعة لاكتوباسيلوس كازي" . مجلة فرونتيرز في علم الأحياء الدقيقة . 9 : 1974. doi : 10.3389/fmicb.2018.01974 . ISSN 1664-302X . PMC 6113361. PMID 30186277 .   
  14. ↑ أوجه التشابه الجيني: ويلسون، ساريش، سيبل، وأهلويست
  15. ↑ سي جي سيبل وجيه إي ألكويست (1984). "التطور السلالي للرئيسيات البشرية، كما هو موضح بواسطة تهجين الحمض النووي". مجلة التطور الجزيئي . 20 (1): 2-15 . Bibcode : 1984JMolE..20....2S . doi : 10.1007/BF02101980 . PMID 6429338. S2CID 6658046 .  
  16. ↑ باردو، ماري لو، وجوزيف جي هول. "التهجين الجزيئي للحمض النووي المشع مع الحمض النووي للتحضيرات الخلوية". برج كلاين للبيولوجيا، جامعة ييل، 13 أغسطس 1969.
  17. ↑ ماركس، جوناثان (9 مايو 2007). "تهجين الحمض النووي في القردة العليا - قضايا تقنية" . مؤرشف من الأصل في 9 مايو 2007. تم الاطلاع عليه في 2 يونيو 2019 .
  18. ↑ إس إس سوكرانسكي؛ إيه دي هافاجي؛ سي سميث؛ إل مارتن؛ جيه إيه هافاجي؛ إن جي أوزيل؛ جيه إم جودسون (2004). "استخدام تهجين الحمض النووي بتقنية رقعة الشطرنج لدراسة النظم البيئية الميكروبية المعقدة". علم الأحياء الدقيقة الفموية والمناعة . 19 (6): 352-362 . doi : 10.1111/j.1399-302x.2004.00168.x . PMID 15491460 . 
  19. 1 2 ماير-كولثوف جيه بي، أوش إيه إف، كلينك إتش بي، جوكر إم (2013). "تحديد الأنواع بناءً على تسلسل الجينوم مع فترات ثقة ووظائف مسافة محسّنة" . بي إم سي بيوانفورماتيكس . 14 60. doi : 10.1186/1471-2105-14-60 . PMC 3665452. PMID 23432962 .  
  20. ↑ ريوجاس، ماركو أ.؛ ماكجوف، كاتيا ج.؛ رايدر-ريوجاس، كريستين ج.؛ راستوجي، نالين؛ هازبون، مانزور هيرناندو (1 يناير 2018). "يُظهر التحليل الجينومي التطوري لأنواع معقد المتفطرة السلية أن المتفطرة الأفريقية، والمتفطرة البقرية، والمتفطرة الماعزية، والمتفطرة الميكروتية، والمتفطرة الزعنفية القدمية هي مرادفات غير متجانسة لاحقة للمتفطرة السلية" . المجلة الدولية لعلم الأحياء الدقيقة المنهجي والتطوري . 68 (1): 324-332 . doi : 10.1099/ijsem.0.002507 . PMID 29205127 . 
  21. ↑ أراهال، ديفيد ر.؛ بول، كارولي ت.؛ بوس، هانز يورغن؛ كريستنسن، هنريك؛ تشوفوشينا، ماريا؛ ديديش، سفيتلانا ن.؛ فورنييه، بيير إدوارد؛ كونستانتينيديس، كونستانتينوس ت.؛ باركر، تشارلز ت.؛ روسيلو مورا، رامون؛ فينتوسا، أنطونيو؛ غوكر، ماركوس (27 أبريل 2023). "الآراء القضائية 123-127". المجلة الدولية لعلم الأحياء الدقيقة المنهجي والتطوري . 72 (12). doi : 10.1099/ijsem.0.005708 . hdl : 10261/295959 . PMID 36748499 . 

للمزيد من القراءة

  • جراور، D. ولي، WH. 1991 (الطبعة الثانية 1999). أساسيات التطور الجزيئي.