GI
I TRÌNH T DNA
Ự
ỗ
ị
Ả DNA SEQUENCING TS. BS. Đ Th Thanh Th y ủ
1. GI
I TRÌNH T DNA
Ả
Ự
DNA là m t thí nghi m cho k t
ệ
ế
ộ
ự s p x p các nucleotide trong
ế
i trình t Gi ả qu th t ả ứ ự ắ đo n DNA đó. ạ
Vd:
5’CGGCTAGCAGTCTCGCGGGGGCACGCCCAAATCTC CAGGCATTGAGCGGGTTTGATCCAAGAAAGGACCCGG TCGTCCTGGCAATTCCGGTGTACTCACCGGTTCCGCA GACCACTATGGCTCTCCCGGGAGGGGGGATCCTGGA GGCTGCACGACACTCATACTAACGCCATGGCTAGACG CTTAATAGAACAANAAA3’
2. HAI PH
NG PHÁP GI
I TRÌNH T DNA
ƯƠ
Ả
Ự
i trình t
DNA
ươ
ả
ọ
ự
ng pháp gi
Ph ng pháp hoá h c gi c a Maxam & Guilbert (1977) ủ Nobel hóa h c 1980 (ph ươ ọ
i trình t ) ự
ả
Walter Gilbert
Ph
i trình t
c a
ươ
ả
ự ủ
ng pháp gi
ng pháp enzyme gi Frederick Sanger (1977) Nobel hoá h c 1958 (c u trúc protein: Insulin) ấ ọ i trình t ) Nobel hóa h c 1980 (ph ự ọ
ươ
ả
2.1. GI
Ả
I TRÌNH T DNA B NG PP HÓA H C Ằ
Ọ
Ự
1. Đánh d u m t đ u c a đo n DNA b ng g c phospho ộ ầ ủ ạ ằ ố
đ ng v phóng x ( ấ ị ạ 32P). ồ
ử ấ 32P b ng hóa ch t ằ ấ
ủ ệ ế ạ ặ
2. X lý các đo n DNA đã đánh d u ạ làm bi n đ i đ c hi u m t ho c hai lo i base c a ộ ổ ặ nucleotide trên đo n DNA ạ
3. Đi n di m u DNA đã x lý trong 4 ng nghi m này trên ệ ố
Autoradiography
ệ ử 4 hàng c a m t gel polyacrylamide bi n tính ẫ ủ ế ộ
2.2. GI
I TRÌNH T DNA B NG PP ENZYM
Ả
Ự
Ằ
ể ạ
ổ
ắ ồ
ả ứ
ợ ổ
ế
ả
ị
D a trên nguyên t c dùng enzyme polymerase đ t o ự m i cho s i khuôn, nh ng do trong s i b sung t ợ ư ợ ừ ddNTP, nên m i khi men ng ph n ng có thêm các ỗ ố polymerase kéo nh m ầ ddNTP vào thì s i b sung s ẽ ợ ổ i và k t qu là s có các s i b sung v i đ b ch n l ớ ộ ẽ ặ ạ dài khác nhau.
dNTP
ddNTP
M i đ
c đánh d u
ồ ượ
ấ
T l
dNTP và ddNTP
ả ứ
ỉ ệ
= 100 : 1
ố
B n ph n ng polymer hoá ố x y ra trong 4 ng riêng ả tệ bi
M I ĐÁNH D U PHÓNG X P
Ạ 35
Ồ
Ấ
A C G T
Sequence 5’ to 3’
T 3’ C G C A G T C C T A G C T T A G C G G 5’
ệ
ấ
ằ
ồ
C G G G C G T
ệ
ằ
ạ
Áp gel đi n di lên phim (m i đánh d u b ng phóng x hay b ng hoá quang), các v ch đi n di trên gel s hi n trên phim.
ạ ẽ ệ
ĐÁNH D U ddNTP Ấ
ẫ ắ
Sequence-specific primer
ứ
c t ng h p m i ớ ợ t c các kích ệ
1. G n ddNTP ng u nhiên, khi x y ra, ẩ p/ ng ng ng. ừ 2. Vì nhi u copy c a ề ủ c t o DNA đích đ ượ ạ đ ng th i, nên các ờ ồ s n ph m DNA ẩ ả đ ượ ổ c a t ủ ấ ả c đ u hi n th ề ướ di n v i t n cùng là ớ ậ ệ các ddNTP
GI
I TRÌNH T B NG ĐI N DI MAO QU N
Ả
Ự Ằ
Ả
Ệ
1. Dùng gel polyacrylamide bi n ế
ả
ể
tính, có đ phân gi i cao, có ộ t các đo n DNA th phân bi ệ ạ khác nhau ch 1 nucleotid. ỉ
2. Gel polyacrylamide th ườ
ứ ng ế
ch a urea (tác nhân làm bi n tính DNA)
3. K THU T GI
I TRÌNH T
Ậ
Ỹ
Ả
Ự
PCR cleanup
S n ph m PCR ẩ
ả
On to sequencing….
S n ph m PCR tinh s ch
ả
ẩ
ạ
+ n
cướ
ồ
Đo n ng đ DNA b ng máy hay
ằ ng qua đi n di
ộ ồ c l ướ ượ
ệ
B c 1: ướ Tinh s ch s n ph m PCR ả ạ ẩ
PCR + DNA đích + Taq polymerase + M i và dNTPs + PCR buffer, etc….
chu kỳ gi i trình t ướ Ph n ng ả ứ ự ả
denaturation
Product extension
Primer annealing
ẩ
ả
PCR machine
i trình t T a s n ph m gi ự lo i b ch t đánh d u th a ừ ấ
ủ ả ạ ỏ
ấ
B c 2: (cycle sequencing reaction)
c g n m t màu khác nhau.
ộ
ượ
ắ ượ
1. M i ddNTP đ 2. S n ph m PCR đ ẩ
c phân lo i d a trên kích ạ ự c (khác nhau 1 nt), khi ch y qua khu v c ạ
ự
ẽ ượ
c phân tích nh chùm tia laser ờ
ng đ huỳnh
ồ
ộ
ạ
ỗ
ắ ượ
ề
đ n 3’, t
ỗ ả th ướ phát hi n s đ ệ và b ph n detector. ộ ậ c ghi nh n g m c 3. D li u đ ậ ượ ữ ệ ườ c và màu s c c a m i đo n DNA. quang thu đ ượ ủ c đ c theo chi u 5’ c a đo n DNA đ ọ ạ ự ủ trái sang ph i. ả ừ
4. Trình t ế
B c 3: Đi n di trên máy gi i trình t ướ ệ ả ự
Automated DNA Sequencing with Fluorescent Dyes
M i ddNTP có m t màu khác nhau, ddTTP đ , ddGTP đen,…
ộ
ỗ
ỏ
4. HI U QU P/ NG GI
Ả Ứ
Ệ
Ả
I TRÌNH T Ự
1. T i u hóa ph n ng PCR ph i th t s hoàn ch nh ậ ự ả ứ ố ư ả ỉ
2. Ch t l ng và n ng đ DNA đích ấ ượ ồ ộ
3. M i đ c hi n v i n ng đ thích h p ớ ồ ồ ặ ệ ợ ộ
4. S n ph m PCR ph i tinh s ch ả ẩ ả ạ
ng m i và s n ph m ả ượ ẩ
PCR tinh s ch cho p/ ng chu kỳ gi ồ i trình t 5. Ph i xác đ nh đúng hàm l ị ạ ứ ả ự ả
H th ng gi
i trình t
Trugene
ệ ố
ả
ự
Siemens Medical Solutions Diagnostics
CEQ 8000 (Beckman Coulter)
I TRÌNH T T Đ NG
CÁC H TH NG GI Ệ Ố
Ả
Ự Ự Ộ
ABI 3130 ABI 3130 XL 4 Cappilaries 16 Cappilaries
ABI 3730
Mostafa Ronaghi và Pal Nyrén t
Stockholm 1990s.
5. PYROSEQUENCING i Royal Institute of Techology ở
ạ
Peaks in pyrogram reflect nucleotide sequence
=pyrophosphate
= pyrophosphate
i trình t b ng ph ả ự ằ ươ ng pháp t ng h p, không đi n ợ ổ ệ
Gi di
~500 MB on one plate, in just a few hours.
PYROSEQUENCING
v i enzym DNA polymerase,
ủ ớ
ấ
ơ
ượ
ư
c đ a vào ph n ng. DNA ế ắ
ả ứ ợ
ế
ớ
ỗ
ổ
Step 1: DNA đích, Primer, ATP sulfurylase, luciferase, apyrase, và c ch t là APS (adenosine 5’phosphosulphat) và luciferin Step 2: 4 dNTP đ polymerase xúc tác g n dNTP vào s i DNA ti p theo primer n u nó b xung v i DNA đích. M i khi 1 dNTP g n vào, s phóng thích 1 pyrophosphat (PPi)
ẽ
ắ
PYROSEQUENCING
ặ ủ
cung c p ấ luciferin
ng cho
c nhìn th y t l
ượ
Step 3: ATP sulfurylase xúc tác chuy n ể PPi thành ATP v i s có m t c a ớ ự APS (adenosin 5’phosphosulphat). ATP t o thành ạ năng l ượ thành oxyluciferin nh ờ enzym luciferase, ánh sáng đ ấ ỉ ệ v i s ATP tiêu th . ụ ớ ố
PYROSEQUENCING
ụ
c ượ
Step 4: Apyrase, enzym phá các dNTP và ATP không s ử d ng. Step 5: 4 dNTP khác đ đ a vào ph n ng.
ả ứ
ư
ng d ng ụ
t là lo i m i, nguy ớ ạ ệ
ộ ệ ế
ẩ ấ ị
Ứ pyrosequencing: - Genotype virus và vi khu nẩ Đ c bi ặ hi m.ể - Phát hi n đ t bi n Kháng thu cố - Đ nh danh vi khu n, n m - Phân tích SNP-Single nucleotide polymorphisms
Pyrosequencing technology
Apyrase
Polymerase
dNTP
dNTP + dNMP + phosphate
(DNA)n + dNTP
(DNA)n-1 + PPi
Apyrase
ATP
ADP + AMP + phosphate
STEP 1: Hybridization of sequencing primer to ssDNA Incorporation dNTP with release of PPi
STEP 3: Degradation of unincorporated dNTP’s and excess ATP by apyrase. After degradation the next dNTP is added
light
Sulfurylase
APS +Ppi ATP
Luciferin oxyluciferin
Time
Luciferase
ATP Light
STEP 4: The complementary DNA strand is build up as the process continues. The sequence is determined from the signal peaks in the pyrogram
STEP 2: Conversion of to ATP by sulfurylase Released ATP drives conversion of luciferin to oxyluciferin by enzym luciferase. which produces light that is detected by the CCD and results in a pyrogram
I TRÌNH T DNA
6. NG D NG C A GI Ụ
Ứ
Ủ
Ả
Ự
6.1. Gi i trình t b gen ng ả ự ộ ườ i
HGP (10/1990): Vi n qu c gia Y t Hoa kỳ (3 t USD) ệ ố ế ỉ
- 6/2000: Crag Venter và Francis Collins
c gi i mã 97% b gen ng ộ i đ ườ ượ ả
- 4/2003 (k ni m 50 năm mô hình DNA c a W-C) ỷ ệ ủ
Hoàn t t gi ấ ả i mã b gen ng ộ i ườ
- B c vào k nguyên Post-genomic và Proteomic ướ ỷ
- Giá thành 2001: 1us / 1bp,
10 đ n 15 năm n a: 0,01 us/ 1bp ữ ế
6.2. Đ nh danh VSV: VK k khí:
m t
ỵ
ự ộ
i trình t gi ả gen 16S đo n đ c hi u cho gi ng và loài ở
ị ạ
ệ
ặ
ố
m t đo n đ c hi u
ị
ả
ự ộ
ệ
ặ
ạ
i trình t gi gen 28S rDNA
6.3. Đ nh danh n m: ấ cho gi ng và loài ở
ố
6.3. Xác đ nh genotype c a các VR, VSV…
ủ
ị
HCV: genotype 1 (1a, 1b), 2 (2a, 2b, 2c)….
HPV: high-risk, low-risk…
6.4. Phát hi n các đ t bi n, đ t bi n kháng thu c ế
ộ
ộ
ố
ệ
ế
HBV kháng lamivudine: Lamivudin c ch virus và ế ng x y ra ả
ườ
ế
ả
ạ
ộ
ứ làm gi m tình tr ng viêm. Đ t bi n th trong vùng YMDD (tyrosine, methionine, aspartate, aspartate) c a protein polymerase c a virus.
ủ
ủ
…
Lao kháng thu c Rifampicine, INH ố
Sau khi xác đ nh trình t
ị
ạ
ớ
m t đo n DNA quan tâm, so ự ộ ữ ệ
ủ
sánh v i ngân hàng d li u gene c a NCBI (National Center Biotechnology Information)
….
M T S H TH NG GI
Ộ Ố Ệ Ố
Ả
I TRÌNH T M I Ự Ớ
Genome Sequencer FLX System
Genome Analyzer Iix - Illumina
1 million high-quality reads per run and read lengths of 400 bases