GI

I TRÌNH T DNA

Ả DNA SEQUENCING TS. BS. Đ Th Thanh Th y ủ

1. GI

I TRÌNH T DNA

DNA là m t thí nghi m cho k t

ế

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

i trình t

DNA

ươ

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

Walter Gilbert

Ph

i trình t

c a

ươ

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

2.1. GI

I TRÌNH T DNA B NG PP HÓA H C Ằ

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

ể ạ

ắ ồ

ả ứ

ợ ổ

ế

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

T l

dNTP và ddNTP

ả ứ

ỉ ệ

= 100 : 1

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

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’

C G G G C G T

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

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

Ự Ằ

1. Dùng gel polyacrylamide bi n ế

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

PCR clean­up

S n ph m PCR ẩ

On to sequencing….

S n ph m PCR tinh s ch

+ n

cướ

Đo n ng đ DNA b ng máy hay

ằ ng qua đi n di

ộ ồ c l ướ ượ

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

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

B c 2: (cycle sequencing reaction)

c g n m t màu khác nhau.

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

ẽ ượ

c phân tích nh chùm tia laser ờ

ng đ huỳnh

ắ ượ

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,…

4. HI U QU P/ NG GI

Ả Ứ

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

Siemens Medical Solutions Diagnostics

CEQ 8000 (Beckman Coulter)

I TRÌNH T T Đ NG

CÁC H TH NG GI Ệ Ố

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

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

ơ

ượ

ư

c đ a vào ph n ng. DNA ế ắ

ả ứ ợ

ế

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)

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

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

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

ự ộ

i trình t gi ả gen 16S đo n đ c hi u cho gi ng và loài ở

ị ạ

m t đo n đ c hi u

ự ộ

i trình t gi gen 28S rDNA

6.3. Đ nh danh n m: ấ cho gi ng và loài ở

6.3. Xác đ nh genotype c a các VR, VSV…

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

ế

 HBV kháng lamivudine: Lamivudin c ch virus và ế ng x y ra ả

ườ

ế

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.

 Lao kháng thu c Rifampicine, INH ố

Sau khi xác đ nh trình t

m t đo n DNA quan tâm, so ự ộ ữ ệ

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

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