از زمانیکه DNA توسط اسوالد آوری در سال 1944 شناخته شد و بعد ساختار 4 بازی آن توسط واتسون و کریک در سال 1953 تکمیل شد، دانش ما در مورد ساختار ژنوم و عملکرد آن بسیار زیاد شده است. این دانش و کاربردهای گوناگون آن، از جمله ساختار کلونی های مولکولی، یافتن ژن های بیماری زا، مطالعات مرتبط با مقایسه و تکامل ساختار ژنتیکی بدون تکنولوژی توالی یابی امکان پذیر نبود.
توالی یابی ژنتیکی از کجا شروع شد؟
اگر بخواهیم تاریخی این حوزه را بررسی کنیم باید گفت که اولین تکنیک توالی یابی در سال 1977 توسط فردریک سنگر و والتر گیلبرت شکل گرفت. توالی یابی به روش سنگر بر اساس متود خارج شدن از زنجیره – chain termination – به عنوان نخستین نسل توالی یابی شناخته شد و از آن استفاده های آزمایشگاهی شد. در آن زمان توالی یابی DNA نیازمند نیروی کار زیاد و مواد رادیواکتیو بود. یک دهه بعد در سال 1987، یک کمپانی اولین دستگاه توالی یابی اتوماتیک – بیوسیستم – را ارایه داد. این دستگاه از کپیلاری های الکتروفورزیز استفاده می کرد که پروسه ی توالی یابی را بسیار سریع تر و دقیق تر می کرد.
دستگاه های کپیلاری و تکنولوژی سنگر، ابزارهای اصلی تکمیل کننده ی پروژه ی ژنوم انسان در سال 2003 بودند.
پروژه ی ژنوم انسان، آغازگر نسل دوم توالی یابی یا همان NGS – توالی یابی نسل جدید – بود. به کمک NGS، آنالیزهای موازی، نتایج بهتر و هزینه ی کمتر امکان پذیر شد.
خوانش ژن ها و توالی یابی نسل جدید
با توالی یابی موازی، محققین قادر شدند میزان زیادی از بازها – میلیون ها باز – و دی ان ای فرگمنت را خوانش کنند. این تکنولوژی به دستگاه های بسیار پیشرفته ی امروزی برای توالی یابی منجر شد. هریک از دستگاه های موجود در بازار، مزایا و دقت خوانش مختلفی دارند. که البته دستگاه شرکت ایلومینا HiSeq 2000 از بهترین و دقیق ترین آن هاست.
با بهبود در سیستم توالی یابی نسل جدید دیگر نیازی به انجام PCR قبل از توالی یابی نیست. همچنین سیگنال، فلوئورسنت و مدار الکتریکی در زمان واقعی به مونیتور کردن آنزیم ها می پردازند.
توالی یابی نسل جدید به دانشمندان این فرصت را داد که ارزان تر و با سرعت بیشتری از روش سنگر DNA و RNA را بخوانند. توالی یابی نسل جدید انقلابی در بیولوژی مولکولی و علم ژنتیک بود.
توالی یابی نسل جدید و مسیر پیش رو
در سی ده سال گذشته، توالی یابی نسل جدید ژنتیکی رشد چشمگیری داشته است. داده های خروجی از توالی یابی بشدت افزایش یافته و هزینه ها کاهش بسیاری یافته است.
این روزها بسیاری از شرکت های حوزه ی بیوانفورماتیک، وقتی صحبت از توالی یابی می کنند، همان توالی یابی نسل جدید را مدنظر دارند. NGS یا توالی یابی نسل جدید در این عرصه بسیار پرکاربردتر و بهتر از روش سنگر – توالی یابی اولیه – بوده است.
کمپانی های تولیدکننده ی دستگاه های توالی یابی در دو سال گذشته تمام تلاش خود را برای بهبود رابط کاربری این دستگاه ها کرده اند. با کاهش زیاد قیمت تست های ژنتیکی، افزایش حجم داده ها و بهبود کاربری نباید تصور کنید که این روزها دیگر مسیر توالی یابی ژنتیکی هموار شده است. با خوانش دقیق تر، عمیق تر و وسیع تر ژنتیک، درهای جدیدی در حوزه ی ژنتیک بر روی محققین باز شده است.
تحلیل داده های ژنتیکی در ادامه ی توالی یابی ژنتیکی
در ادامه ی توالی یابی، داده های بدست آمده از ژنوم نیاز به تحلیل شدن دارند. داده هایی که کیفیت خوانش پایینی دارند، از سایر داده ها جدا می شوند. سپس داده ها به رفرنس ژنوم مربوط مپ شده و توالی یابی تحلیل می شود.
سیستم تحلیلی شامل ارزیابی های گوناگون بیوانفورماتیکی است، این واریانت ها شامل SNP ها – نوکلئوتید پلیمورفیسم –، ژن های مشخص و جهش ها و حالت های مختلف ژنتیکی می باشد.
توالی یابی بدون تحلیل داده های ژنتیکی بدست آمده از آن، ارزشی ندارد. اینکه تحلیل این داده ها براساس جمعیت مورد مطالعه صورت بگیرد از اهمیت خاصی برخوردار است.
