پلیمرفیسم های تک نوکلئوتیدی یا SNP

SNP یا پلیمرفیسم های تک نوکلئوتیدی، به تغییر یک نوکلئوتید نسبت به موقعیت مشابه آن در توالی DNA می گویند.

SNP ها معمولا در افراد به صورت طبیعی وجود دارند و باعث تفاوت هایی در توالی DNA می شوند. شایع ترین نوع SNP تعویض یک باز سیتوزین با تیمین است.

SNP ها می توانند در داخل یا اطراف ژن ها وجود داشته باشند و به لحاظ عملکردی متفاوت باشند. آن ها می توانند باعث تغییر در بیان یا عملکرد پروتئین، یا تنظیم بیان ژن شوند.

SNPها به طور معمول بسیار کوتاه هستند و تعریف SNP به این صورت است که تغییر یک نوکلئوتیدی در توالی DNA باشد. به طور کلی می توان گفت که SNPها معمولا 1 نوکلئوتید طول دارند، اگر چه تغییرات 2 یا 3 نوکلئوتیدی هم وجود دارند اما بسیار کمتر هستند.

SNPها به دو دسته تقسیم می شوند: وجود SNP در مناطق کد کننده و وجود SNP در مناطق غیر کد کننده که گروه دوم فراوانی بیشتری دارند.

SNPکاربردهای

در درک پیشرفت سرطان و دیگر بیماری ها کمک می کنند. برخی از SNP ها ممکن است با افزایش حساسیت یا مقاومت در برابر بیماری همراه باشند.

برای تشخیص بیماری های وراثتی مورد استفاده قرار می گیرند. در حوزه پزشکی می توانند باعث مقاومت یا حساسیت به داروها و درمان ها شوند. به عنوان اثر انگشت مولکولی برای شناسایی افراد مورد استفاده قرار می گیرند. در فرآیندهای تحقیقاتی مانند مطالعات ژنتیکی و پزشکی قانونی کاربرد دارند.

در کل، وجود SNPها به عنوان تنوع ژنتیکی، باعث ایجاد تنوع در عملکردهای زیستی و واکنش های فیزیولوژیکی بین افراد می شود.

ارتباط بین SNP ها و ژنومیک و بیوانفورماتیک

ژنومیک:

علم مطالعه ژنوم (توالی کامل DNA ) ارگانیسم ها است. ژنومیک شامل بررسی تنوع ژنتیکی در ژنوم، نقشه بندی ژن ها و بررسی ساختار و عملکرد آنها می شود.

SNP ها یکی از انواع تنوع ژنتیکی هستند که در سطح ژنوم قابل شناسایی هستند و می توانند اطلاعات زیادی درباره ساختار و عملکرد ژنوم ارائه دهند. بنابراین مطالعه SNP ها یکی از حوزه‌های فعال ژنومیک است.

بیوانفورماتیک:

علم استفاده از الگوریتم‌های کامپیوتری برای تجزیه و تحلیل داده‌های زیست‌شناختی است.

برای تجزیه و تحلیل داده‌های ژنومیکی شامل SNP ها از الگوریتم‌های بیوانفورماتیک استفاده می‌شود. الگوریتم‌هایی مانند:

تشخیص و شناسایی SNP ها از توالی DNA،محاسبه تعداد و توزیع SNP ها در ژنوم، پیش‌بینی اثر عملکردی SNP ها بر روی پروتئین‌ها، پیدا کردن ارتباط بین SNP ها و بیماری‌ها.

در کل ژنومیک به مطالعه SNP ها می‌پردازد و بیوانفورماتیک به تجزیه و تحلیل داده‌های SNP ها کمک می‌کند. پیشرفت‌های ژنومیک و بیوانفورماتیک امکان مطالعه دقیق‌تر SNP ها و کاربردهای بالینی آن‌ها را فراهم می‌کند.

روش‌های ژنوتایپینگ

ژنوتایپینگ اشاره به روشی برای تعیین نوع پلی‌مورفیسم در یک فرد دارد. با استفاده از روش‌های ژنوتایپینگ، انواع پلی‌مورفیسم‌ها مانند تغییرات یک نوکلئوتیدی (SNP)ها شناسایی می‌شوند.

معمول‌ترین روش‌های ژنوتایپینگ شامل:

DNA  :sequencing بررسی دقیق توالی نوکلئوتیدها برای شناسایی SNPs

: PCR برای تکثیر ناحیه دلخواه DNA و شناسایی SNPs مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تست متیلاسیون وابسته به آنزیم محدود کننده restriction enzyme: برای شناسایی بعضی از پلی مورفیسم‌هایی که توالی را تحت تأثیر قرار می‌دهند.

روش‌های میکرواری microarray: استفاده از چیپ‌ها برای ژنوتایپینگ SNPs

بیشتر بخوانید:ژن KRAS و سرطان های دخیل+ تاریخچه و معرفی/ساختار و عملکرد ژن KRAS

و همچنین  HRM: که روشی دقیق برای ژنوتایپینگ  SNP است و در مقاله ای جداگانه آن را شرح خواهیم داد.

هر روش مزایا و محدودیت‌های خاص خودش را دارد. انتخاب روش بستگی به هدف و کاربرد ژنوتایپینگ دارد.

برای انجام ژنوتایپینگ SNPها از دستگاه‌ها و تجهیزات زیر استفاده می‌شود:

.1 دستگاه سکوانسر sequencer :  برای توالی‌یابی و شناسایی SNPها از توالی DNA

.2دستگاه ترموسایکلر پی سی آر PCR : برای تکثیر منطقه دلخواه DNA و شناسایی SNPها با روش‌های آزمایشگاهی مانند مولتی پلکس پی سی آر        multiplex PCR

3.دستگاه ژل الکتروفورز: برای جداسازی فراورده‌های پی سی آر برای تشخیص SNPها

4 . دستگاه میکرواری: microarray برای ژنوتایپینگ SNPها با استفاده از چیپ‌های میکروآرایه

5 . بیوآنالایزرها: برای تجزیه و تحلیل داده‌های ژنومیکی و ارائه الگوهای بیان ژن و SNPها

6 . میکروسکوپ فلورسنت: برای خواندن نتایج چیپ‌های میکروآرایه

7 .کیت‌های تشخیص SNPها: برای شناسایی تغییرات یک نوکلئوتیدی در آزمایشگاه

و سایر تجهیزات شامل ربات‌های پیپت‌کننده، دستگاه‌های حرارتی، میکروسانتریفیوژها و …

همچنین نرم‌افزارهای تجزیه و تحلیل داده برای تفسیر داده‌های ژنومیک و پی بردن به SNPها لازم است.

 هزینه روش‌های ژنوتایپینگ

• سکونس کردن DNA گران‌قیمت‌ترین گزینه است. هزینه بسته به حجم داده‌ها می‌تواند به چندین هزار دلار برای هر نمونه برسد.

PCR • ویژه SNPها ارزان‌تر از سکونس کردن است و معمولا چند صد دلار برای هر نمونه خواهد بود.

• روش‌های آنزیم محدود کننده پرهزینه نیستند و از چند صد دلار تا چند هزار دلار بسته به حجم آزمایش هزینه دارند.
• روش‌های میکرواری به دلیل تعداد زیادی از SNPها که می‌توانند در یک بار تست شوند، ارزان‌ترین گزینه هستند و معمولا از چند صد دلار شروع می‌شوند.

در کل سکونس کردن DNA گران‌ترین روش و روش‌های آرایه‌ای ارزان‌ترین روش هستند. البته هزینه‌ها می‌تواند متفاوت باشد و بسته به فناوری، حجم و نوع آزمایش تغییر کند.

مقایسه میزان دقت روش های ژنوتایپینگ

دقت روش‌های میکرواری و آنزیم محدود کننده در سطح یکسان با سکونس کردن DNA نیست. دقت هر روش به شرح زیر است:

• سکونس‌کردن DNA بیشترین دقت را دارد و به عنوان طلایی‌ترین استاندارد gold standard محسوب می‌شود. چون توالی کامل را بررسی می‌کند، هیچ SNPی را از دست نمی‌دهد.
• روش‌های میکروآرایه حدود 5 الی 10 درصد احتمال خطا دارند. چون فقط تعداد محدودی از SNPها را پوشش می‌دهند، ممکن است برخی را از دست بدهند.
• روش‌های آنزیم محدودکننده نیز تا 10 الی 15 درصد احتمال خطا دارند و ممکن است نتوانند برخی تغییرات را تشخیص دهند.
• PCR های ویژه SNPها بسته به طراحی آنها احتمال خطای بیشتری تا 20 درصد خواهند داشت.

در کل روش‌هایی مانند سکونس کردن DNA دقیق‌تر هستند چون تمام توالی را بررسی می‌کنند در حالیکه روش‌های میکروآرایه و آنزیم محدودکننده فقط بخش‌هایی را بررسی کرده و امکان داشتن خطا وجود دارد.