Les nucléotides sont les éléments constitutifs chimiques de la vie et se trouvent dans l'ADN des organismes vivants. Chaque nucléotide est constitué d'un sucre, d'un phosphate et d'une base azotée: adénine (A), thymine (T), cytosine (C) et guanine (G). L'ordre spécifique de ces bases nucléotidiques détermine quelles protéines, enzymes et molécules seront synthétisées par la cellule.
La détermination de l'ordre ou de la séquence des nucléotides est importante pour l'étude des mutations, de l'évolution, de la progression de la maladie, tests génétiques, investigation et médecine légale.
Génomique et séquençage de l'ADN
La génomique est l'étude de l'ADN, des gènes, des interactions géniques et des influences environnementales sur les gènes. Le secret pour découvrir le fonctionnement interne complexe des gènes est d'être en mesure d'identifier leur structure et leur emplacement sur les chromosomes.
Le plan des organismes vivants est déterminé par l'ordre (ou la séquence) des paires de bases d'acide nucléique dans l'ADN. Lorsque l'ADN se réplique, l'adénine s'associe à la thymine et la cytosine à la guanine; les paires non appariées sont considérées comme des mutations Depuis que la molécule d'acide désoxyribonucléique (ADN) à double hélice a été conceptualisée en 1953, des améliorations spectaculaires ont été apportées dans le domaine de la génomique et du séquençage d'ADN à grande échelle. Les scientifiques travaillent avec diligence pour appliquer ces nouvelles connaissances au traitement individualisé des maladies. Dans le même temps, les discussions en cours permettent aux chercheurs de garder une longueur d'avance sur les implications éthiques de ces technologies qui explosent rapidement. Le séquençage de l'ADN est le processus de découverte de la séquence de diverses bases nucléotidiques dans des extraits d'ADN. Le séquençage de gènes entiers permet de comparer les chromosomes et les génomes présents dans la même espèce et dans des espèces différentes. La cartographie des chromosomes est utile pour la recherche scientifique. L'analyse des mécanismes et de la structure des gènes, des allèles et des mutations chromosomiques dans les molécules d'ADN suggère de nouvelles façons de traiter les troubles génétiques et d'arrêter la croissance des tumeurs cancéreuses, par exemple. Méthodes de séquençage de l'ADN de Frederick Sanger considérablement avancé le domaine de la génomique à partir des années 1970. Sanger se sentait prêt à s'attaquer au séquençage de l'ADN après avoir réussi à séquencer l'ARN lors de l'étude de l'insuline. Sanger n'a pas été le premier scientifique à se lancer dans le séquençage de l'ADN. Cependant, ses méthodes intelligentes de séquençage de l'ADN - développées en tandem avec ses collègues Berg et Gilbert - ont remporté un prix Nobel en 1980. Sanger connaissait la valeur potentielle de son travail et collaborait souvent avec d'autres scientifiques qui partageaient ses intérêts pour l'ADN, la biologie moléculaire et les sciences de la vie. Bien que lentes et coûteuses par rapport aux technologies de séquençage actuelles, les méthodes de séquençage de l'ADN de Sanger ont été louées à l'époque. Après essais et erreurs, Sanger a trouvé la «recette» biochimique secrète pour séparer les brins d'ADN, créer plus d'ADN et identifier l'ordre des nucléotides dans un génome. Des matériaux de haute qualité peuvent être facilement achetés pour une utilisation en laboratoire études: Sanger a découvert comment couper l'ADN en petits segments en utilisant l'enzyme ADN polymérase. Il a ensuite fabriqué plus d'ADN à partir d'un modèle et inséré des traceurs radioactifs dans le nouvel ADN pour délimiter les sections des brins séparés. Il a également reconnu que l'enzyme avait besoin d'une amorce qui pourrait se lier à un endroit spécifique sur le brin modèle. En 1981, Sanger est de nouveau entré dans l'histoire en déterminant le génome des 16 000 paires de bases de l'ADN mitochondrial. La température doit être soigneusement ajustée tout au long du processus de séquençage. Tout d'abord, des produits chimiques sont ajoutés à un tube et chauffés pour démêler (dénaturer) la molécule d'ADN double brin. Ensuite, la température est refroidie, permettant à l'amorce de se lier. Ensuite, la température est élevée pour encourager une activité optimale de l'ADN polymérase (enzyme). La polymérase utilise généralement les nucléotides normaux disponibles, qui sont ajouté à une concentration plus élevée. Lorsque la polymérase atteint un nucléotide lié à un colorant à «terminaison de chaîne», la polymérase s'arrête et la chaîne s'arrête là, ce qui explique pourquoi les nucléotides teints sont appelés «terminaison de chaîne» ou «terminateurs». Le processus se poursuit plusieurs fois. Finalement, le nucléotide lié au colorant a été placé à chaque position unique de la séquence d'ADN. L'électrophorèse sur gel et les programmes informatiques peuvent ensuite identifier les couleurs de colorant sur chacun des brins d'ADN et déterminer la séquence entière d'ADN sur la base du colorant, la position du colorant et la longueur des brins. Le séquençage à haut débit - généralement appelé séquençage de nouvelle génération Les méthodes de séquençage de nouvelle génération peuvent gérer une analyse d'ADN à haut volume sans l'étape supplémentaire d'amplification ou de clonage pour obtenir suffisamment d'ADN pour le séquençage. Les machines de séquençage de l'ADN exécutent plusieurs réactions de séquençage à la fois, ce qui est moins cher et plus rapide. Essentiellement, la nouvelle technologie de séquençage de l'ADN exécute des centaines de réactions de Sanger sur une petite micropuce facilement lisible qui est ensuite exécutée sur un ordinateur programme qui assemble la séquence. La technique lit des fragments d'ADN plus courts, mais elle est toujours plus rapide et plus efficace que les méthodes de séquençage de Sanger, de sorte que même des projets à grande échelle peuvent être rapidement réalisés. Le projet du génome humain, achevé en 2003, est l'une des études de séquençage les plus célèbres réalisées à ce jour. Selon un article de 2018 dans Science News , le projet a réussi à cartographier le génome humain à l'aide d'un échantillon composite prélevé sur des donneurs de sang anonymes. Le projet sur le génome humain reposait sur le chromosome artificiel bactérien (BAC) méthodes de séquençage) pour cartographier les paires de bases. La technique a utilisé des bactéries pour cloner des fragments d'ADN, résultant en de grandes quantités d'ADN pour le séquençage. Les clones ont ensuite été réduits en taille, placés dans une machine de séquençage et assemblés en tronçons représentant l'ADN humain. De nouvelles découvertes en génomique changent profondément les approches de prévention, de détection et de traitement des maladies. Le gouvernement a engagé des milliards de dollars pour la recherche sur l'ADN. Les forces de l'ordre s'appuient sur l'analyse de l'ADN pour résoudre les cas. Des kits de test ADN peuvent être achetés pour un usage domestique pour rechercher des ancêtres et identifier des variantes de gènes qui peuvent poser des risques pour la santé: Les nouvelles technologies s'accompagnent souvent de la possibilité d'avantages sociaux et de dommages; les exemples incluent les centrales nucléaires défectueuses et les armes nucléaires de destruction massive. Les technologies de l'ADN comportent également des risques. Les préoccupations émotionnelles concernant le séquençage de l'ADN et les outils d'édition de gènes comme CRISPR incluent la crainte que la technologie puisse faciliter le clonage humain ou conduire à des animaux transgéniques mutants créés par un scientifique voyou. Plus souvent, les problèmes éthiques liés au séquençage de l'ADN sont liés au consentement éclairé. Un accès facile aux tests d'ADN directement au consommateur signifie que les consommateurs peuvent ne pas comprendre pleinement comment leurs informations génétiques seront utilisées, stockées et partagées. Les laïcs peuvent ne pas être émotionnellement prêts à découvrir leurs variantes génétiques défectueuses et leurs risques pour la santé. Des tiers tels que les employeurs et les compagnies d'assurance pourraient potentiellement discriminer les personnes porteuses de gènes défectueux susceptibles de provoquer de graves problèmes médicaux.
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Définition du séquençage de l'ADN
Séquençage de l'ADN: premières recherches
La plus grande ambition de Sanger était de séquencer des génomes entiers à grande échelle, mais de séquencer les minuscules paires de bases d'un bactériophage pâles par rapport à séquençage des 3 milliards de paires de bases du génome humain. Néanmoins, apprendre à séquencer le génome entier d'un bactériophage modeste a été une étape importante vers la reconstitution du génome entier de l'être humain.Parce que l'ADN et les chromosomes sont constitués de millions de paires de bases, la plupart des méthodes de séquençage séparent l'ADN en petits brins, et puis les segments d'ADN sont assemblés; cela prend juste du temps ou des machines rapides et sophistiquées.
Bases du séquençage de l'ADN
Méthodes de séquençage de l'ADN: Méthodes Sanger
Un autre développement passionnant a été la méthode du fusil de chasse qui a échantillonné et séquencé au hasard jusqu'à 700 paires de bases à la fois. Sanger est également connu pour son utilisation de la méthode des didésoxy (didésoxynucléotides) qui insère un nucléotide de terminaison de chaîne pendant la synthèse de l'ADN pour marquer des sections d'ADN à analyser.Les didésoxynucléotides perturbent l'activité de l'ADN polymérase et empêchent les nucléotides de se construire sur une chaîne d'ADN.
Étapes de séquençage de l'ADN
Advances in DNA Sequencing Technology
- utilise de nouvelles avancées et technologies pour séquencer les bases nucléotidiques plus rapidement et à moindre coût que jamais. Une machine de séquençage d'ADN peut facilement gérer des segments d'ADN à grande échelle. En fait, les génomes entiers peuvent être réalisés en quelques heures, au lieu de plusieurs années avec les techniques de séquençage de Sanger.
The Human Genome Project
, le génome humain se compose d'environ 46831 gènes, ce qui était un formidable défi à séquencer. Les meilleurs scientifiques du monde entier ont passé près de 10 ans à collaborer et à consulter. Dirigé par l'Institut national de recherche sur le génome humain
Autres exemples de séquençage de l'ADN
Implications éthiques de Séquençage de l'ADN
