Penjujukan DNA

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.
Lompat ke: pandu arah, cari

Penjujukan DNA merupakan proses menentukan turutan nukleotida yang tepat di dalam sesebuah molekul DNA, termasuklah sebarang kaedah atau teknologi yang digunakan untuk menentukan turutan empat alkali—adenina, guanina, sitosina, dan timina—di dalam sejalur DNA. Kemajuan kaedah penjujukan DNA secara pantas telah banyak mempercepat usaha penyelidikan dan penemuan dalam bidang biologi dan perubatan.

Pengetahuan jujukan DNA telah menjadi penting untuk penyelidikan biologi asas serta pelbagai bidang amali seperti diagnostik, bioteknologi, biologi forensik, dan sistematik biologi. Kepantasan penjujukan yang deras yang tercapai dengan teknologi penjujukan DNA terkini telah menjadi penting dalam penjujukan DNA yang lengkap, atau genom pelbagai jenis dan spesies hidupan, termasuk genom manusia dan lain-lain jujukan DNA lengkap bagi kebanyakan spesies haiwan, tumbuhan mahupun mikroorganisma.

Contoh hasil penjujukan DNA penamatan rantai automatik.

Jujukan-jujukan DNA yang terawal diperoleh pada awal 1970-an oleh para penyelidik akademik yang menggunakan kaedah-kaedah menjerihkan yang berasaskan kromatografi dua dimensi. Ekoran terciptanya kaedah-kaedah penjujukan berasaskan pendarfluor dengan analisa automatik,[1] penjujukan DNA telah menjadi lebih mudah dengan turutuan magnitud yang lebih pantas.[2]

Kegunaan penjujukan[sunting | sunting sumber]

Penjujukan DNA boleh digunakan untuk menentukan jujukan gen-gen individu, kelompok genetik (iaitu gugusan gen atau operon), kromosom lengkap mahupun keseluruhan genom. Bergantung pada kaedah-kaedah yang digunakan, penjujukan boleh membekalkan turutan nukleotida dalam DNA atau RNA yang diasingkan dari sel-sel haiwan, tumbuhan, bakteria, arkea, ataupun hampir semua sumber maklumat genetik yang lain. Hasil jujukannya mungkin digunakan oleh para penyelidik dalam biologi molekul atau genetik untuk memajukan lagi sains ataupun digunakan oleh kakitangan perubatan untuk memilih rawatan atau memudahkan kaunseling genetik.

Sejarah[sunting | sunting sumber]

Walaupun struktur DNA ditakrifkan sebagai heliks ganda dua pada tahun 1953,[3] namun setelah puluhan tahun kemudian barulah dapat dianalisanya cebis-cebisan DNA untuk dijujukkan di makmal. Penjujukan RNA adalah antara bentuk penjujukan nukleotida yang terawal. Pencapaian utama penjujukan RNA sequencing ialah penjujukan gen lengkap yang pertama pada tahun 1972[4] serta genom lengkap Bakteriofaj MS2 yang dikenal pasti dan diterbitkan pada tahun 1976.[5] oleh Walter Fiers dan rakan-rakan sekerjanya di Universiti Ghent (Ghent, Belgium).

Antara pencapaian-pencapaian terpenting dalam penjujukan DNA terhasil pada 1970-an. Frederick Sanger mencipta kaedah-kaedah penjujukan DNA yang pantas di MRC Centre, Cambridge, UK serta menerbitkan satu kaedah untuk "menjujukkan DNA dengan perencat penamat rantai" pada tahun 1977.[6] Walter Gilbert dan Allan Maxam di Harvard turut mencipta kaedah-kaedah penjujukan, termasuklah satu untuk "menjujukkan DNA secara degradasi kimia".[7][8] Pada tahun 1973, Gilbert dan Maxam melaporkan jujukan 24 pasangan bes dengan menggunakan kaedah yang dikenali sebagai wandering-spot analysis (analisa titik merayau).[9] Kemajuan dalam penjujukan DNA dibantu oleh perkembangan teknologi DNA rekombinan yang seiring dengannya agar contoh-contoh DNA dapat diasingkan dari sumber-sumber selain dari virus.

Genom DNA lengkap pertama yang dijujukkan adalah milik bakteriofaj φX174 pada tahun 1977.[10] Para saintis Medical Research Council mentafsirkan jujukan DNA virus Epstein-Barr selengkapnya pada tahun 1984, mendapatinya sepanjang 170 ribu pasangan bes.

Makmal Leroy E. Hood di California Institute of Technology mengumumkan mesin penjujuk DNA separa automatik yang sulung pada tahun 1986.[11] Ini disusuli oleh pemasaran ABI 370, iaitu mesin penjujuk automatik sepenuhnya yang sulung oleh Applied Biosystems, pada tahun 1987. Pada 1990, Institut-institut Kesihatan Negara (NIH) AS memulakan percubaan menjujukkan Mycoplasma capricolum, Escherichia coli, Caenorhabditis elegans, dan Saccharomyces cerevisiae secara besar-besaran pada kos US$0.75 sebes. Sementara itu, penjujukan cDNA manusia yang bergelar teg jujukan terungkap dimulakan di makmal Craig Venter dalam cubaan untuk menemui pecahan pengekod genom manusia.[12] Pada tahun 1995, Venter, Hamilton Smith, dan rakan-rakan sekerja di Institut Penyelidikan Genom (TIGR) menerbitkan genom lengkap pertama bagi organisma yang hidup bebas, iaitu bakteria Haemophilus influenzae. Kromosom berbentuk bulat ini mengandungi 1,830,137 bes, malah penyiarannya dalam jurnal Science[13] menandakan kali pertama diterbitkannya penjujukan shotgun seluruh genom untuk menidakkan perlunya untuk memetakan terlebih dahulu. Menjelang tahun 2001, kaedah penjujukan shotgun telah pun digunakan untuk menghasilkan draf jujukan genom manusia.[14][15]

Pada pertengahan hingga lewat 1990-an telah diciptanya beberapa kaedah penjujukan DNA "generasi baru". Pada tahun 1996, Pål Nyrén bersama anak didiknya Mostafa Ronaghi di Institut Teknologi Diraja Stockholm menerbitkan kaedah pyrosequencing.[16] Setahun kemudian, Pascal Mayer dan Laurent Farinelli menyerahkan paten-paten yang memerikan penjujukan koloni DNA kepada Pertubuhan Harta Intelek Sedunia.[17] Lynx Therapeutics menerbitkan dan memasarkan "Penjujukan selari besar-besaran" (Massively parallel signature sequencing, MPSS) pada tahun 2000. Kaedah ini menerapkan teknologi penjujukan berasaskan manik yang terselari dan terantara adapter/ligasi, dan berfungsi sebagai kaedah penjujukan "generasi baru" yang dikomersilkan, namun tidak satu pun penjujuk DNA yang dijual kepada makmal bebas.[18] Pada tahun 2004, 454 Life Sciences memasarkan satu versi pyrosequencing yang terselari.[19][20] Versi terawal bagi mesin mereka mengurangkan kos penjujukan sebanyak enam kali berbanding dengan penjujukan automatik Sanger, malah merupakan yang kedua dalam teknologi penjujukan generasi baru selepas MPSS.[21]

Kuantiti data banyak yang dihasilkan oleh penjujukan DNA juga telah memerlukan pembangunan kaedah dan atur cara baru untuk analisa jujukan. Phil Green dan Brent Ewing dari Universiti Washington menerangkan phred quality score untuk analisa data jujukan pada tahun 1998.[22]

Rujukan[sunting | sunting sumber]

  1. Olsvik, Ørjan, Wahlberg, Johan, Petterson B dll. (January 1993). "Use of automated sequencing of polymerase chain reaction-generated amplicons to identify three types of cholera toxin subunit B in Vibrio cholerae O1 strains". J. Clin. Microbiol. 31 (1): 22–25. PMC 262614. PMID 7678018. Templat:Open access
  2. Pettersson E, Lundeberg J, Ahmadian A (February 2009). "Generations of sequencing technologies". Genomics 93 (2): 105–11. doi:10.1016/j.ygeno.2008.10.003. PMID 18992322. 
  3. Watson JD, Crick FH (1953). "The structure of DNA". Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 18: 123–31. doi:10.1101/SQB.1953.018.01.020. PMID 13168976. 
  4. Min Jou W, Haegeman G, Ysebaert M, Fiers W (May 1972). "Nucleotide sequence of the gene coding for the bacteriophage MS2 coat protein". Nature 237 (5350): 82–8. Bibcode:1972Natur.237...82J. doi:10.1038/237082a0. PMID 4555447. 
  5. Fiers W, Contreras R, Duerinck F dll. (April 1976). "Complete nucleotide sequence of bacteriophage MS2 RNA: primary and secondary structure of the replicase gene". Nature 260 (5551): 500–7. Bibcode:1976Natur.260..500F. doi:10.1038/260500a0. PMID 1264203. 
  6. Ralat petik: Tag <ref> tidak sah; teks bagi rujukan Sanger1977 tidak disediakan
  7. Ralat petik: Tag <ref> tidak sah; teks bagi rujukan Maxam77 tidak disediakan
  8. Gilbert, W. DNA sequencing and gene structure. Nobel lecture, 8 December 1980.
  9. Gilbert W, Maxam A (December 1973). "The Nucleotide Sequence of the lac Operator". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 70 (12): 3581–4. Bibcode:1973PNAS...70.3581G. doi:10.1073/pnas.70.12.3581. PMC 427284. PMID 4587255. 
  10. Sanger F, Air GM, Barrell BG dll. (February 1977). "Nucleotide sequence of bacteriophage phi X174 DNA". Nature 265 (5596): 687–95. Bibcode:1977Natur.265..687S. doi:10.1038/265687a0. PMID 870828. 
  11. DNA Sequencing (RU 9549), Smithsonian Institution Archives. Diakses pada 30 Okt 2013.
  12. Adams MD, Kelley JM, Gocayne JD dll. (June 1991). "Complementary DNA sequencing: expressed sequence tags and human genome project". Science 252 (5013): 1651–6. Bibcode:1991Sci...252.1651A. doi:10.1126/science.2047873. PMID 2047873. 
  13. Fleischmann RD, Adams MD, White O dll. (July 1995). "Whole-genome random sequencing and assembly of Haemophilus influenzae Rd". Science 269 (5223): 496–512. Bibcode:1995Sci...269..496F. doi:10.1126/science.7542800. PMID 7542800. 
  14. Lander ES, Linton LM, Birren B dll. (February 2001). "Initial sequencing and analysis of the human genome". Nature 409 (6822): 860–921. doi:10.1038/35057062. PMID 11237011. 
  15. Venter JC, Adams MD, Myers EW dll. (February 2001). "The sequence of the human genome". Science 291 (5507): 1304–51. Bibcode:2001Sci...291.1304V. doi:10.1126/science.1058040. PMID 11181995. 
  16. M. Ronaghi, S. Karamohamed, B. Pettersson, M. Uhlen, and P. Nyren (1996). "Real-time DNA sequencing using detection of pyrophosphate release". Analytical Biochemistry 242 (1): 84–9. doi:10.1006/abio.1996.0432. PMID 8923969. 
  17. Kawashima, Eric H.; Laurent Farinelli, Pascal Mayer (2005-05-12), Patent: Method of nucleic acid amplification, diperoleh pada 2012-12-22 
  18. Brenner S dll. (2000). "Gene expression analysis by massively parallel signature sequencing (MPSS) on microbead arrays". Nature Biotechnology (Nature Biotechnology) 18 (6): 630–634. doi:10.1038/76469. PMID 10835600. 
  19. Stein RA (1 September 2008). "Next-Generation Sequencing Update". Genetic Engineering & Biotechnology News 28 (15). 
  20. Margulies M, Egholm M, Altman WE dll. (September 2005). "Genome Sequencing in Open Microfabricated High Density Picoliter Reactors". Nature 437 (7057): 376–80. Bibcode:2005Natur.437..376M. doi:10.1038/nature03959. PMC 1464427. PMID 16056220. 
  21. Schuster Stephan C. (January 2008). "Next-generation sequencing transforms today's biology". Nat. Methods 5 (1): 16–8. doi:10.1038/nmeth1156. PMID 18165802. 
  22. Ewing B, Green P (March 1998). "Base-calling of automated sequencer traces using phred. II. Error probabilities". Genome Res. 8 (3): 186–94. doi:10.1101/gr.8.3.186 (Tidak aktif 2010-01-07). PMID 9521922. 

Pautan luar[sunting | sunting sumber]