Sekvenciranje DNK

**Sekvenciranje DNK ** je proces određivanja sekvenci nukleinskih kiselina – redoslijeda nukleotida u  molekulama DNK. Uključuje bilo koji metod ili tehnologiju koja se koristi za određivanje redoslijeda četiri baze: adenin, guanin, citozin i timin. Pojava brzih metoda sekvenciranja DNK uveliko je ubrzala biološka i medicinska istraživanja i otkrića.

Poznavanje sekvenci DNK postalo je neophodno za osnovna biološka istraživanja, DNK Genografski projekti ma i u brojnim primijenjenim poljima kao što su medicinska dijagnoza, biotehnologija, forenzička biologija, virologija i biosistematika. Uspoređujući normalne i mutirane sekvence DNK mogu se dijagnosticirati različite bolesti, uključujući različite tipove raka, karakterizira repertoar antitijela, a može se koristiti za usmjeravanje liječenja pacijenata. Posjedovanje brzog načina sekvenciranja DNK omogućava bržu i individualiziraniju medicinsku njegu i identifikaciju i katalogizaciju više organizama.

Povećana brzina sekvenciranja postignuta modernom tehnologijom sekvenciranja DNK bila je ključna u sekvenciranju kompletnih sekvenci DNK, ili genoma, brojnih tipova i vrsta života, uključujući ljudski genom i druge kompletne sekvence DNK mnogih životinjskih, biljnih i mikrobnih vrsta. 

Prve sekvence DNK dobili su akademski istraživači, ranih 1970-ih, koristeći mukotrpne metode zasnovane na dvodimenzijskoj hromatografiji. Nakon razvoja fluorescentnog metoda sekvenciranja DNK sekvencerom, Sekvenciranje DNK postalo je lakše i za veličine redova brže.

## Aplikacije 
DNK sekvenciranje se može koristiti za određivanje sekvence pojedinačnih gena, većih genetičkih regija (tj. klastera gena ili operona), punih hromosoma ili cijelih genoma bilo kojih organizama. Sekvenciranje DNK je takođe najefikasniji način za indirektno sekvenciranje RNK ili proteina (preko njihovog otvorenih okvira čitanja). Zapravo, sekvenciranje DNK postalo je ključna tehnologija u mnogim oblastima biologije i drugih nauka kao što su medicina, forenzika i bioantropologija.

### Molekulska biologija 
Sekvenciranje se koristi u molekulskoj biologiji za proučavanje genoma i proteina koje oni kodiraju. Informacije dobijene pomoću sekvenciranja omogućavaju  da se identifikuju promjene u genima, povezanost s bolestima i fenotipovima, te identificiraju potencijalne mete lijeka.

### Evolucijska biologija 
Budući da je DNK informativna makromolekula u smislu prijenosa s jedne generacije na drugu, sekvenciranje DNK se koristi u evolucijskoj biologiji za proučavanje kako su različiti organizmi povezani i kako su evoluirali. U februaru 2021. godine, naučnici su po prvi put izvijestili o sekvenciranju DNK iz životinjskih ostataka, u ovom slučaju mamuta, starijih od milion godina, najstarije DNK sekvencirane do danas.

### Metagenomika 
Oblast metagenomike uključuje identifikaciju organizama prisutnih u vodnom tijelu, kanalizacijama, prljavštini, krhotinama filtriranim iz zraka ili uzorcima briseva iz organizama. Poznavanje toga koji su organizmi prisutni u određenom okruženju ključno je za istraživanje u ekologiji, epidemiologiji, mikrobiologiji i drugim poljima. Sekvenciranje omogućava da se odredi koje vrste mikroba mogu biti prisutne u mikrobiomu, naprimjer.

### Virusologija 
Kako je većina virusa premala da bi se mogla vidjeti svjetlosnim mikroskopom, za identifikaciju i proučavanje virusa, sekvenciranje je jedan od glavnih alata u virologiji.

Tokom izbijanja ptičje gripe 1990., virusno sekvenciranje utvrdilo je da podtip gripe potiče iz resortiranja između prepelica i živine. To je dovelo do zakona u Hong Kongu koji je zabranio prodaju živih prepelica i živine zajedno na tržištu. Virusno sekvenciranje se također može koristiti za procjenu kada je virusna epidemija počela korištenjem tehnike molekulskog sata.

### Medicina 
Medicinski tehničari mogu sekvencirati gene (ili, teorijski, pune genome) pacijenata kako bi utvrdili postoji li rizik od genetičkih bolesti. Ovo je oblik genetičkog testiranja, iako neki genetički testovi možda ne uključuju sekvenciranje DNK.

DNK sekvenciranje se također sve više koristi za dijagnosticiranje i liječenje rijetkih bolesti. Kako se otkriva sve više gena koji uzrokuju rijetke genetičke bolesti, molekulske dijagnoze za pacijente postaju sve popularnije. Sekvenciranje DNK omogućava kliničarima da identifikuju genetičke bolesti, poboljšaju upravljanje bolestima, pruže reproduktivno savjetovanje i učinkovitije terapije.

Također, sekvenciranje DNK može biti korisno za određivanje specifične bakterije, kako bi se omogućilo više precizni antibiotski tretmani, čime se smanjuje rizik od stvaranja antimikrobna rezistencija u populaciji bakterija.

### Forenzička istraživanja 
DNK sekvenciranje se može koristiti zajedno sa metodima profiliranja DNK za forenzičku identifikaciju i testiranje očinstva. DNK testiranje je u posljednjih nekoliko decenija izuzetno evoluiralo kako bi na kraju povezalo otisak DNK sa onim što je pod istragom. DNK obrasci u njenim „otiscima prstiju“, pljuvački, dlakinim folikulima itd ,na jedinstven način odvaja svaki živi organizam od drugog. DNK testiranje je tehnika koja može otkriti specifične genome u lancu DNK kako bi se proizveo jedinstveni i individualizirani uzorak.

## Četiri kanonske baze 
Kanonska struktura DNK ima četiri nukleobaze: timin (T), adenin (A), citozin (C) i guanin (G). Sekvenciranje DNK je određivanje fizičkog reda ovih baza u molekuli DNK. Međutim, postoje mnoge druge baze koje mogu biti u molekuli. Kod nekih virusa (posebno bakteriofaga), citozin se može zamijeniti hidroksi-metilom ili hidroksi-metilNIMm glukoznim citozinom. U sisarSKOJ DNK mogu se naći varijante baza sa metil grupama ili fosfosulfatom. U zavisnosti od tehnike sekvenciranja, određena modifikacija, naprimjer, 5mC (5 metil-citozin) uobičajena kod ljudi, može, ali ne mora biti otkrivena.

### Sekvenciranje RNK 
Sekvenciranje RNK bio je jedan od najranijih oblika sekvenciranja nukleotida. Glavni orijentir sekvenciranja RNK je sekvenca prvog kompletnog gena i kompletnog genoma bakteriofaga MS2, koji su identificirali i objavili Walter Fiers i njegovi saradnici na Univerzitetu u Gentu (Gent, Belgija), 1972 and 1976. Tradicijski metodi sekvenciranja RNK zahtijevaju stvaranje molekule cDNK koja se mora sekvencirati.

### Rani metodi sekvenciranja DNK 
Prvi metod za određivanje sekvenci DNK uključivala je strategiju proširenja specifične za lokaciju koju je uspostavio Ray Wu na Univerzitet Cornell. 1970. Kataliza DNK polimerazama i specifično obilježavanje nukleotida, koji su istaknuti u postojećim shemama sekvenciranja, korišteni su za sekvenciranje kohezivnih krajeva DNK lambda faga. Između 1970. i 1973., Wu, R Padmanabhan i kolege pokazali su da se ovaj metod može koristiti za određivanje bilo koje sekvence DNK, korištenjem sintetičkih prajmera specifičnih za lokaciju. Frederick Sanger je zatim usvojio ovu strategiju proširenja primjera za razvoj bržih metoda sekvenciranja DNK u Medical Research Council  Center, Cambridge, UK i objavio metod za "Sekvenciranje DNK sa inhibitorima koji terminiraju lanac", 1977. Walter Gilbert i Allan Maxam na Harvardu su također razvili metode sekvenciranja, uključujući i onaj za "Sekvenciranje DNK hemijskom degradacijom". Godine 1973. Gilbert i Maxam objavili su sekvencu od 24 para baza koristeći meto poznatu kao analiza lutajućih tačaka. Napredak u sekvenciranju je potpomognut konkurentnim razvojem tehnologije rekombinantne DNK, omogućavajući izolaciju uzoraka DNK iz izvora koji nisu virusi.

### Sekvenciranje punih genoma 
Prvi potpuni DNK genom koji je sekvencioniran bio je za bakteriofag φX174 1977. Naučnici Vijeća za medicinska istraživanja (UK) dešifrirali su kompletnu sekvencu DNK Epstein-Barrovog virusa 1984. godine, otkrivši da sadrži 172.282 nukleotida. Završetak sekvence označio je značajnu prekretnicu u sekvenciranju DNK jer je postignut bez prethodnog poznavanja genetičkog profila virusa.

Herbert Pohl i saradnici ranih 1980-ih razvili su neradioaktivni metod za prijenos molekula sekvencirajućih reakcijskih smjesa DNK na imobilizirajući matriks tokom elektroforeza. Slijedi komercijalizacija DNK sekvencera "Direct-Blotting-Electrophoresis-System GATC 1500" u GATC Biotech, koji se intenzivno koristio u okviru EU programa za sekvenciranje genoma, kompletne DNK sekvence hromosoma II kvasca *Saccharomyces cerevisiae*. Slijedio ga je marketing Applied Biosystems prve potpuno automatizovane mašine za sekvenciranje, ABI 370, 1987. i Dupont's Genesis 2000., koristeći novu tehniku fluorescentnog označavanja koja omogućava da se sva četiri didezoksinukleotida identifikuju u jednoj traci. Do 1990. godine, SAD Nacionalni instituti za zdravlje (NIH) započeli su opsežna ispitivanja sekvenciranja na *Mycoplasma capricolum*, *Escherichia coli*, *Caenorhabditis elegans*  i *Saccharomyces cerevisiae*, po cijeni od 0,75 USD po bazi. U međuvremenu, sekvenciranje ljudskih cDNK sekvenci zvanih eksprimirana  oznaka sekvenci počelo je u laboratoriji Craig Venter, pokušaj da se uhvati frakcija kodiranja ljudskog genoma. U 1995. , Venter, Hamilton Smith et al. sa Instituta za genomska istraživanja (TIGR) objavili su prvi kompletan genom slobodnog živog organizma, bakterije *Haemophilus influenzae*. Kružni hromozom sadrži 1.830.137 baza i njegova objava u časopisu Science označila je prvu objavljenu nasumičnu upotrebu  cijelog genoma, eliminirajući potrebu za početnim naporima na mapiranju.

Do 2001. godine, metodi sekvenciranja tipa „sačmarica“ korištene su za proizvodnju nacrta sekvence ljudskog genoma.
U 1996. Pål Nyrén i njegov student Mostafa Ronaghi na Kraljevskom institutu za tehnologiju u Stockholmu objavili su svoj metod pirosekvenciranja.

## Također pogledajte
*Bioinformatika
* Sekvenciranje genoma raka
* DNK računarstvo
* DNK tranzistor sa efektom polja
* Teorija sekvenciranja DNK
*DNK sekvencer
*Genografski projekt
* Genomski projekt
* Sekvenciranje genoma ugroženih vrsta
*Sekvenca nukleinskih kiselina
*Multipleksno pojačanje sonde ovisno o ligaciji
*Personalizirana medicina
* Sekvenciranje proteina
* Rudarenje sekvence
* Alat za profiliranje sekvenci
*Sekvenciranje hibridizacijom
* Sekvenciranje ligacijom
* TIARA (baza podataka)
* DNK sekvenciranje transmisijskom elektronskom mikroskopijom

## Reference 
## Vanjski linkovi 
* A Wikibooks:Next Generation Sequencing (NGS)


Kategorija:Biotehnologija
Kategorija:DNK
Kategorija:Genetičko mapiranje
Kategorija:Molekularna biologija
Kategorija:Tehnike molekularne biologije
Kategorija:Uvodi iz 1970.
Kategorija:1970. u biologiji
Kategorija:1970. u biotehnologiji
Kategorija:1970. u nauci
Kategorija:1998. u tehnologiji