Kipanga mlolongo wa jeni

Kipanga mlolongo wa jeni (kwa Kiingereza: DNA Sequencer) ni chombo cha kisayansi kinachotumiwa kuhariri mchakato wa mpangilio wa DNA. Kwa kuzingatia sampuli ya DNA, mpangilio wa DNA hutumiwa kuamua mpangilio wa besi nne: G (guanini), C (cytosine), A (adenine) na T (thymine). Hii basi inaripotiwa kama mfuatano wa maandishi, unaoitwa kusoma. Baadhi ya vifuatavyo vya DNA vinaweza pia kuchukuliwa kuwa ala za macho vinapochanganua mawimbi ya mwanga yanayotoka kwenye florokromu zilizoambatishwa kwenye nyukleotidi.

Mfuatano wa kwanza otomatiki wa DNA, uliovumbuliwa na Lloyd M. Smith, ulianzishwa na Applied Biosystems mwaka wa 1987. Ilitumia mbinu ya mpangilio ya Sanger, teknolojia ambayo iliunda msingi wa "kizazi cha kwanza" cha vifuatavyo vya DNA  na kuwezesha kukamilika kwa mradi wa jenomu ya binadamu mwaka wa 2001. Kizazi hiki cha kwanza cha mpangilio wa DNA kimsingi ni mifumo otomatiki ya elektrophoresis ambayo hugundua uhamishaji wa vipande vya DNA vilivyo na lebo. Kwa hivyo, vitambulisho hivi vinaweza pia kutumika katika uchanganuzi wa jenoti za vialamisho vya vinasaba ambapo urefu wa vipande vya DNA pekee ndio unahitaji kubainishwa (k.m. satelaiti ndogo, AFLPs).

Mradi wa Jenomu ya Binadamu ulichochea uundaji wa mifumo ya bei nafuu, ya juu na sahihi zaidi inayojulikana kama Next Generation Sequencers (NGS) ili kufuata jenomu ya binadamu. Hizi ni pamoja na majukwaa ya mpangilio wa 454, SOLiD na Illumina DNA. Mashine za kupanga mpangilio za kizazi kijacho zimeongeza kasi ya mpangilio wa DNA kwa kiasi kikubwa, ikilinganishwa na mbinu za awali za Sanger. Sampuli za DNA zinaweza kutayarishwa kiotomatiki katika muda wa dakika 90, ilhali jenomu ya binadamu inaweza kupangwa mara 15 katika muda wa siku chache

Vifuatavyo vya hivi majuzi zaidi vya DNA vya kizazi cha tatu kama vile PacBio SMRT na Oxford Nanopore vinatoa uwezekano wa kupanga molekuli ndefu, ikilinganishwa na teknolojia za kusoma kwa muda mfupi kama vile Illumina SBS au DNBSEQ ya MGI Tech.

Kwa sababu ya mapungufu katika teknolojia ya mfuatano wa DNA, usomaji wa nyingi za teknolojia hizi ni fupi, ikilinganishwa na urefu wa jenomu kwa hivyo usomaji lazima ukutanishwe katika mikondo mirefu.Data inaweza pia kuwa na makosa, yanayosababishwa na mapungufu katika mbinu ya kupanga DNA au makosa wakati wa ukuzaji wa PCR. Watengenezaji wa mpangilio wa DNA hutumia idadi ya mbinu tofauti ili kugundua ni misingi gani ya DNA iliyopo. Itifaki mahususi zinazotumika katika majukwaa tofauti ya mpangilio zina athari katika data ya mwisho inayotolewa. Kwa hivyo, kulinganisha ubora wa data na gharama katika teknolojia tofauti inaweza kuwa kazi kubwa. Kila mtengenezaji hutoa njia zao za kufahamisha makosa ya mpangilio na alama. Hata hivyo, makosa na alama kati ya mifumo tofauti haziwezi kulinganishwa moja kwa moja kila wakati. Kwa kuwa mifumo hii inategemea mbinu tofauti za kupanga mpangilio wa DNA, kuchagua mpangilio bora wa DNA na mbinu kwa kawaida itategemea malengo ya majaribio na bajeti inayopatikana.

Historia
Mbinu za kwanza za upimaji mlolongo wa DNA zilibuniwa na Gilbert (1973) na Sanger (1975). Gilbert alianzisha mbinu ya upimaji mlolongo iliyohusisha mabadiliko ya kikemikali ya DNA kisha kufuatiwa na kukata kwenye besi maalumu, ilhali mbinu ya Sanger ilitegemea kusimamishwa kwa mnyororo kwa kutumia dideoksinukleotidi. Mbinu ya Sanger ikawa maarufu kwa sababu ya uwezo wake mkubwa na kiwango kidogo cha mionzi.

Kipimaji cha kwanza cha DNA kilichoendeshwa kiotomatiki kilikuwa AB370A, kilichozinduliwa mwaka 1986 na Applied Biosystems. AB370A kiliweza kupima mlolongo wa sampuli 96 kwa wakati mmoja, kilobesi 500 kwa siku, na kufikia urefu wa usomaji hadi besi 600. Hii ndiyo ilikuwa mwanzo wa kizazi cha kwanza cha vipimaji mlolongo vya DNA, ambavyo vilitumia upimaji wa Sanger, dideoksinukleotidi zenye floresensi, na jeli za polyacrylamide zilizowekwa kati ya sahani za kioo – maarufu kama slab gels.

Maendeleo makubwa yaliyofuata yalikuwa uzinduzi wa AB310 mwaka 1995, ambacho kilitumia polima ya mstari ndani ya kapilari badala ya slab gel kwa ajili ya kutenganisha nyuzi za DNA kwa njia ya umeme-mgawanyo (electrophoresis). Mbinu hizi ndizo zilizoweka msingi wa kukamilika kwa Mradi wa Jeni za Binadamu mwaka 2001.

Mradi wa Jeni za Binadamu ulisababisha kuibuka kwa majukwaa mapya ya gharama nafuu, yenye uwezo wa kuchakata sampuli nyingi kwa haraka na kwa usahihi mkubwa yanayojulikana kama Vipimaji Mlolongo vya Kizazi Kipya (Next Generation Sequencers – NGS). Mwaka 2005, kampuni ya 454 Life Sciences ilizindua kipimaji mlolongo cha 454, kikafuatiwa na Solexa Genome Analyzer na SOLiD (Supported Oligo Ligation Detection) kutoka Agencourt mwaka 2006.

Applied Biosystems ilinunua Agencourt mwaka 2006, na mwaka 2007, Roche ilinunua 454 Life Sciences, huku Illumina ikinunua Solexa. Ion Torrent iliingia sokoni mwaka 2010 na ilinunuliwa na Life Technologies (ambayo sasa ni Thermo Fisher Scientific). Aidha, BGI ilianza kutengeneza vipimaji mlolongo nchini China baada ya kununua Complete Genomics chini ya kitengo chake cha MGI.

Hadi sasa, hivi ndivyo bado vinavyotumika zaidi kama mifumo ya NGS kwa sababu ya gharama zao shindani, usahihi, na utendaji bora.

Marejeo
 Category:Wiki Loves STEAMIA 2025