اهمیت ژنوتایپینگ

در این مقاله به دلیل اهمیت ژنوتایپینگ،  در خصوص تکنولوژی های ژنوتایپینگ و روش انجام آنها صحبت خواهیم کرد.

در خصوص ژنوتایپینگ باید گفت که یکی از مهمترین تکنیک های ژنتیکی و پرکاربرد ترین آنها می باشد. به هر روشی که بتوان تفاوت های ژنوم بین افراد یک گونه یا افراد بین گونه ها را شناسایی نمود ژنوتابپینگ گفته میشود.

برای مثال در اسب با استفاده از میکروستلایت ها موجود در چند جایگاه تفاوت‌های ژنتیکی اسب‌ها مورد بررسی قرار میگیرد که جزو روش های ژنوتایپینگ قرار گرفته میشود. اما در این مقاله در خصوص تکنولوژی‌های ژنوتایپین مبتنی بر چیپ (Chip) صحیت خواهیم کرد. در این تکنولوژی به طور همزمان می توان از چندصد تا چندین میلیون جایگاه ژنوم را به صورت همزمان ژنوتایپ نمود تا در بحث های ژنتیکی از این اطلاعات استفاده گردد.

برای انجام این روش نیاز به شناسایی جایگاه های ژنومی که دارای پلیمورفیسم هستند می باشد. پس از شناسایی جایگاه ها، با تکنولوژی های پیچیده و پیشرفته تمامی این جایگاه ها بروی تراشه هایی که اصطلاحا چیپ گفته می شوند قرار گرفته می شوند. با استفاده از خوانش این چیپ ها اقدام به ژنوتایپینگ می نمایند.

برای کاربردی بودن این روش ها همین کافی است که بدانیم از شروع پروژه توالی یابی انسان با پیدایش این روش های میزان هزینه توالی یابی ژنوم انسان از حدود سال 2000 تا سال 2016 به میزان 50000 برابر ارزان تر گردید.

برای مثال در حال حاضر توالی یابی کل ژنوم انسان زیر 1000 دلار بوده و این قیمت هنوز در حال کم شدن است. ژنوم اسب برای اولین بار در سال 2009 توالی یابی شد. این پروژه توسط چندین کشور شامل آمریکا، آلمان، ژاپن، استرالیا، ایتالیا و .. صورت گرفت.

دانستن ژنوم اسب اولین قدم برای طراحی میکروچیپ های ژنوتایپینگ است. چون باید ابتدا ژنوم کامل توالی یابی شده تا نقشه ژنوم دردست بوده باشد و نیز جهش های کل ژنوم شناسایی شده تا براساس این اطلاعات چیپ ها طراحی شوند.

در این پروژه مشخص شد که ژنوم اسب بیش از 20000 ژن کد کننده پروتئین و نیزبیش از 23 میلیون جهش وجود دارد. اندکی بعد از این توالی یابی اولین چیپ ژنوتایپینگ برای اسب توسط شرکت Illumina تحت عنوان Illumina EquineSNP50 BeadChip طراحی گردید. در این چیپ که در سال 2012 طراحی شد، به طور همزمان 50000 جایگاه ژنوم را ژنوتایپ می گردید. در این چیپ تنها از اطلاعات 7 نژاد مختلف که شامل Akhal-Teke، Arabian، Andalusian، Icelandic، Standardbred، Thoroughbred  و Quarter Horse استفاده شد. این تعداد کم نژاد باعث می شد تا ژنوم به طور کامل پوشش داده نشده و دقت ژنوتایپینگ جهت پویش کل ژنومی کاهش یابد. مدت بسیار کوتاهی پس از آن چیپ دیگری تحت عنوان Illumina Equine SNP70 BeadChip وارد بازار شد که کمی بیش از 65000 جایگاه ژنوم را پوشش میداد. کمی بعد با معرفی چیپ 74k تعداد جایگاه ها به 74000 افزایش یافته و سعی گردید از نژاد های بیشتری برای طراحی آن استفاده شود. اما در سال 2017 با معرفی چیپ 670k که با استفاده از 24 نژاد مختلف طراحی شد قدرت پوشش ژنوم اسب توسط این تکنولوژی بسیار افزایش یافت.  برای طراحی این چیپها از تکنولوژی BeadChip استفاده گردید. به صورت خلاصه در شکل زیر به صورت شماتیک نحوه ژنوتایپینگ با استفاده از این تکنولوژی نشان داده شده است:

به صورت خلاصه این فرآیند طی 3 روز انجام می شود. در روز اول نمونه ژنوم مورد آزمایش به قطعات کوچکتر شکسته شده و تکثیر می شوند تا تعداد کافی از این قطعات داشته باشیم. در روز دوم نیز BeadChip ها آماده شده و فرآیند هیبرید شدن بین DNA نمونه و BeadChip ها انجام می شود. در روز سوم هم مراحل خوانش ژنوم با استفاده از فرایند تکثیر و مشاهده ژنوتایپ های مورد نظر در هر جایگاه ژنوم توسط لیزر انجام می گیرد. که در نهایت این خوانش ها توسط نرمافزار های مربوطه به ژنوتایپ ترجمه میگردند. در شکل زیر می توانید نحویه ساخته شدن یک BeadChip را مشاهده کنید:

برای فهم بهتر مطلب فیلم آموزشی که به زبان انگلیسی است را برای شما به اشتراک گذاشته ام. قیمت ژنوتایپ کردن با این روش برای مثال BeadChip 670k در حدود 200 تا 250 دلار می باشد. این قیمت ها در آینده همچنان سیر نزولی خواهند داشت و شاید در آینده ای نه چندان دور به جایی برسیم که هزینه این ژنوتایپ کردن آنقدر کاهش یابد که تمامی اسب ها دارای این اطلاعات باشند. با عرض پوزش اگر مطلب کمی برای برخی دوستان از نظر علمی مشکل بود.

محمود امیری