ترتيب تسلسل الحمض النووي

ما هي تسلسلات الحمض النووي؟

لفهم ماهية تسلسلات الحمض النووي (nucleic acid sequences)، يجب فهم طبيعته أولاً، وسيتم التركيز في هذا المقال على الحمض النووي الريبي؛ لأن ترتيب تسلسل الحمض النووي غالباً ما يقصد به ترتيب تسلسل الحمض النووي الريبي، وهو المادة الوراثية المتواجدة في أنوية الخلايا حقيقة النوى، وهو عبارة عن مركب كيميائي يتكون من ثلاثة أجزاء رئيسية، وهي:^[١]

1. سكر خماسي منقوص الأكسجين.
2. مجموعة فوسفات.
3. قاعدة نيتروجينية، لهذه القواعد النيتروجينية أربعة أنواع مختلفة، وهي:
4. الأدنين (Adenine)
5. الثايمين (Thymine)
6. الجوانين (Guanine)
7. السايتوسين (Cytosine)

حيث إن كل وحدة من الDNA تسمى نيوكليتيد، وتتكون من الثلاثة أجزاء هذه، وترتبط هذه الوحدات ببعضها البعض لتشكل سلسلة DNA، وتجدر الإشارة هنا أنّ الأدنين يرتبط بالثايمين، وأنّ الجوانين يرتبط بالسايتوسين، أما ترتيب هذه السلسلة، فهو يعود إلى ترتيب القواعد النيتروجينية الأربعة، لأنها هي التي تحدد الاختلاف بين كل وحدة DNA وأخرى، وبهذا، فإن تسلسل الحمض النووي هو نفسه تسلسل القواعد النيتروجينية في وحدات الDNA المتكررة، والتي ترتبط ببعضها بعضاً لتشكل سلسلة الDNA، فعلى سبيل المثال: يمكن أن يكون ترتيب القواعد النيتروجينية: A T C T TG C A G، وهو نفسه تسلسل الحمض النووي.^[١]

ما هو ترتيب تسلسل الحمض النووي؟

يشكل تسلسل الحمض النووي مجموعة الجينات التي تُتَرجم إلى صفات في الخلية، حيث إن ترتيب القواعد النيتروجينية المختلف في سلسلة الحمض النووي يعطي جينات مختلفة تؤدي إلى إنتاج بروتينات تقوم بمختلف وظائف الخلية، ومن إحدى التقنيات التي تساعد على معرفة ماهية الجينات تحديداً هي ترتيب تسلسل الحمض النووي (DNA sequencing)، وهي تقنية مخبرية تقوم بتحديد ترتيب تسلسل القواعد النيتروجينية بشكل محدد ودقيق في سلسلة الحمض النووي، أي يمكن القول إنها تقنية تقوم بتحديد وترتيب تسلسل النيوكليتيدات في الحمض النووي.^[٢]

طرق ترتيب تسلسل الحمض النووي

من ناحية المبدأ، توجد طريقتان لمعرفة تسلسل النيوكليتيدات في الحمض النووي، فيما يلي عرض لكل منهما:

ترتيب تسلسل سانجر (Sanger sequencing)

هي أُولى الطرق التي استخدمت في ترتيب تسلسل الحمض النووي، وهي الطريقة التي استخدمت في المشروع العالمي لمعرفة تسلسل الجينوم البشري، ومن المعروف أن الDNA يتواجد طبيعياً على شكل Double helix، أي سلسلتين مرتبطتين ببعضهما البعض، تقوم هذه الطريقة على مبدأ فصل هاتين السلسلتين واستعمال كل منهما على حدة من أجل معرفة تسلسل السلسلة الأخرى، أي يتم استعمال إحدى سلاسل الحمض النووي كقالب لصنع سلسلة أخرى من نيوكليتيدات مخصصة يمكن تمييزها، يتم تحضير هذه النيوكليتيدات المخصصة في المختبر، ويتم تفاعلها مع سلسلة الحمض النووي بوجود الإنزيمات اللازمة لصنع سلسلة جديدة، ومن الجدير بالذكر أن هذه الطريقة تقوم بإنتاج قطع من سلاسل الحمض النووي، وليس سلسلة متكاملة، وهذه إحدى محددات هذه الطريقة التي قد تكون صعبة ومرهقة في حال كانت سلسلة الحمض النووي طويلة جداً.^[٣]

الطرق الحديثة في ترتيب التسلسل (Next-generation sequencing)

تشمل العديد من الطرق الحديثة التي يمكن تسميتها بالجيل الجديد، وهي أحدث طرق ترتيب تسلسل الحمض النووي، والتي تقوم من حيث المبدأ على استخدام العديد من سلاسل الحمض النووي كقوالب من أجل إنشاء تتابعات DNA مكملة لها لتعكس ترتيب تسلسل النيوكليتيدات فيها، إذاً من حيث المبدأ هي قائمة على مبدأ سانجر الأساسي، لكن مع تطويره بنفس الوقت، تؤدي هذه التكنولوجيا إلى القدرة على ترتيب تتابعات عديدة من الحمض النووي بشكل متوازِ وبنفس الوقت، مما يوفر جهداً ووقتاً كبيراً،^[٣] ولأنها قادرة على ترتيب تسلسلات كبيرة جداً بوقت قصير، يطلق عليها أيضاً اسم ترتيب التسلسلات عالي الإنتاجية (High-throughput sequencing).^[٤]