מהו סמן גנטי? לשם מה זה?

גילויים של סמנים גנטיים חדשים שעוזרים לזהות ולכן, למנוע טוב יותר מחלות מרובות.

סמנים אלה משמשים כדי לקשר מוטציות גנטיות מסוימות עם הסיכון להופעה ולהתפתחות של מספר רב של סמנים הפרעות תורשתיות. השימוש בטכניקות חדשות של רצף גנום יהיה חיוני לקידום הידע על סוג זה של מחלות ורבות אחרות.

במאמר זה נסביר מהו סמן גנטי, אילו סוגי סמנים קיימים, כיצד הם מתגלים הווריאציות הגנטיות השונות ומהן הטכניקות העיקריות המשמשות ברצף גנומיקה.

• מאמר מומלץ: "מה זאת אומרת 'מולד'?"

מהו סמן גנטי?

סמנים גנטיים הם מקטעים של דנ"א ממוקם במיקום ידוע (לוקוס) על כרומוזום נתון. בדרך כלל, סמנים אלה קשורים לפנוטיפים ספציפיים של מחלות והם שימושיים מאוד בזיהוי וריאציות גנטיות שונות בפרטים ובאוכלוסיות ספציפיות.

הטכנולוגיה של סמנים גנטיים מבוססי DNA חוללה מהפכה בעולם הגנטיקה, שכן בזכותם ניתן לזהות פולימורפיזם (האחראי על שונות גדולה בין פרטים מאותו מין) בין גנוטיפים או אללים שונים של גן עבור רצף DNA נתון בקבוצת גנים.

אותם סמנים המקנים סבירות גבוהה להתרחשות מחלה הם שימושיים ביותר ככלי אבחון.. לסמן יכולות להיות השלכות תפקודיות, כמו שינוי ביטוי או תפקוד של גן שתורם ישירות להתפתחות מחלה; ולהפך, ייתכן שלא תהיה לו תוצאה פונקציונלית כלשהי, אך עשוי להיות ממוקם קרוב לגרסה פונקציונלי כך שגם הסמן וגם הווריאנט נוטים לעבור בירושה יחד באוכלוסייה כללי.

וריאציות DNA מסווגות כ"ניטרליות" כאשר הן אינן מייצרות שינויים כלשהם בתכונות מטבוליות או פנוטיפי (התכונות הניתנות לצפייה), וכאשר הן אינן נתונות ללחץ אבולוציוני כלשהו (או חיובי, שלילי או מאזן); אחרת, הווריאציות נקראות פונקציונליות.

מוטציות בנוקלאוטידים מרכזיים ברצף DNA יכולות לשנות את הרכב חומצות האמינו של חלבון ולהוביל לגרסאות תפקודיות חדשות. וריאנטים אלה עשויים להיות בעלי יעילות מטבולית גבוהה יותר או נמוכה יותר בהשוואה לרצף המקורי; הם יכולים לאבד את הפונקציונליות שלהם לחלוטין או אפילו להוסיף אחד חדש.

שיטות זיהוי פולימורפיזם

פולימורפיזם מוגדר כווריאציות גנטיות ברצף ה-DNA בין פרטים מאותו מין.. אלה יכולות להיות השלכות על הפנוטיפ אם הם נמצאים באזורי קידוד של ה-DNA.

כדי לזהות פולימורפיזם אלו, ישנן שתי שיטות עיקריות: שיטת הדרום, טכניקת הכלאה של חומצות גרעין; וטכניקת PCR של תגובת שרשרת הפולימראז, המאפשרת להגביר אזורים ספציפיים קטנים של חומר DNA.

באמצעות שתי שיטות אלו, ניתן לזהות וריאציות גנטיות בדגימות DNA ופולימורפיזמים באזור ספציפי של רצף ה-DNA. עם זאת, המחקרים שבוצעו מראים שבמקרה של מחלות מורכבות יותר קשה יותר לעשות זאת לזהות את הסמנים הגנטיים הללו, מכיוון שהם בדרך כלל פוליגניים, כלומר, נגרמים על ידי פגמים במספר רב גנים.

סוגי סמנים גנטיים

ישנם שני סוגים עיקריים של סמנים מולקולרייםs: אלה של תרגום-לאחר שעתוק, המבוצעים על ידי ניתוח DNA עקיף; ואלו מסוג קדם-תעתיק-תרגום, המאפשרים לזהות פולימורפיזם ישירות ברמת ה-DNA ועליהם נדון בהמשך.

1. סמני RFLP

סמנים גנטיים של RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism). מתקבלים לאחר מיצוי ופיצול של DNA, על ידי חיתוך אנדונוקלאז על ידי אנזימי הגבלה.

קטעי ההגבלה שהושגו מנותחים לאחר מכן באמצעות אלקטרופורזה של ג'ל. הם כלי בסיסי למיפוי גנומי ובניתוח מחלות פוליגניות.

2. סמני AFLP

סמנים אלו הם ביאללים ודומיננטיים.. ניתן למיין וריאציות בלוקוסים רבים (שם מרובה מוקדים) בו זמנית כדי לזהות וריאציות ביחידה אחת נוקלאוטיד מאזורים גנומיים לא ידועים, שבהם מוטציה נתונה עשויה להיות קיימת לעתים קרובות בגנים פונקציונליים לֹא קָבוּעַ.

3. מיקרו לוויינים

מיקרו-לוויינים הם הסמנים הגנטיים הפופולריים ביותר במחקרי אפיון גנטי. שיעור המוטציות הגבוה שלו ואופיו הקו-דומיננטי מאפשרים להעריך את המגוון הגנטי בתוך ו בין גזעים שונים, וערבוב גנטי בין גזעים, גם אם הם קרובים קָשׁוּר.

4. סמני DNA מיטוכונדריאלי

הסמנים האלה מספקים דרך מהירה לזהות הכלאה בין מינים או תת-מינים.

פולימורפיזם ברצפים מסוימים או באזור הבקרה של ה-DNA המיטוכונדריאלי תרמו במידה רבה לזיהוי של אבות של מינים ביתיים, ביסוס דפוסים גיאוגרפיים של מגוון גנטי והבנת התנהגויות רבייה. בִּיוּת.

5. סמני RAPD

סמנים אלו מבוססים על תגובת שרשרת הפולימראז או טכניקת PCR. השברים המתקבלים על ידי RAPD מוגברים באזורים אקראיים שונים.

התועלת שלו טמונה בעובדה שמדובר בטכניקה קלה לשימוש ומאפשרת לנו להבחין במהירות ובו-זמנית בין פולימורפיזמים רבים. הוא שימש בניתוח של מגוון גנטי ושיפור ובידול של קווים משובטים.

טכניקות רצף הגנום

לרבות מהמחלות הקיימות יש בסיס גנטי. הסיבה נקבעת בדרך כלל על פי הופעת מוטציה אחת או יותר הגורמת למחלה או, לפחות, מגבירה את הסיכון ללקות בה.

אחת הטכניקות הנפוצות ביותר לאיתור מוטציות אלו וששימשה עד לאחרונה היא מחקר הקשר הגנטי., הכוללים רצף של ה-DNA של אחד או קבוצה של גנים החשודים כמעורבים במחלה מסוימת.

מחקרי קשר גנטי חוקרים את רצפי ה-DNA בגנים של נשאים ושל אנשים בריאים, על מנת למצוא את הגנים האחראים. מחקרים אלו ניסו לכלול בני אותה משפחה כדי להגביר את ההסתברות לגילוי מוטציות. אולם, מחקר מסוג זה מאפשר לזהות רק מוטציות הקשורות לגן בודד, עם המגבלות הכרוכות בכך.

בשנים האחרונות התגלו טכניקות רצף חדשות שאפשרו להתגבר על אלו מגבלות, המכונה טכניקות רצף הדור הבא (NGS). אנגלית). אלה מאפשרים ריצוף של הגנום בהשקעה פחות זמן (ופחות כסף). כתוצאה מכך, מבוצעים כעת מה שנקרא מחקר אגודה רחב של גנום או GWAS (Genome-Wide Association Studies).

ריצוף גנומי באמצעות GWAS מאפשר לחקור את כל המוטציות הקיימות בגנום, מגדיל באופן אקספוננציאלי את ההסתברות למצוא את הגנים האחראים למחלה מסוימת. זה הוביל ליצירת קונסורציונים בינלאומיים עם חוקרים מכל רחבי העולם החולקים מפות כרומוזומים עם גרסאות הסיכון של מספר רב של מחלות.

עם זאת, GWAS אינם נטולי מגבלות, כגון חוסר יכולתם להסביר באופן מלא את הסיכון הגנטי והמשפחתי. של מחלות נפוצות, הקשיים להעריך גרסאות גנטיות נדירות או גודל ההשפעה הקטן המתקבל ברוב לימודים. היבטים בעייתיים ללא ספק שיצטרכו להשתפר בשנים הקרובות.

הפניות ביבליוגרפיות:

• Korte, A., & Farlow, A. (2013). היתרונות והמגבלות של ניתוח תכונות עם GWAS: סקירה. שיטות צמחים, 9(1), 29.

• פריצ'רד, ג'יי. ק., ורוזנברג, נ. ל. (1999). שימוש בסמנים גנטיים לא מקושרים לאיתור ריבוד אוכלוסייה במחקרי אסוציאציות. The American Journal of Human Genetics, 65(1), 220-228.

• וויליאמס, ג'יי. ג., קובליק, א. ר., ליבק, ק. י., רפאלסקי, י. A., & Tingey, S. v. (1990). פולימורפיזם DNA המוגבר על ידי פריימרים שרירותיים שימושיים כסמנים גנטיים. מחקר חומצות גרעין, 18(22), 6531-6535.