Τι είναι το Shotgun Sequencing;

Ο προσδιορισμός αλληλουχίας κυνηγετικού όπλου είναι μια μέθοδος προσδιορισμού αλληλουχίας DNA κατά την οποία ένα μεγάλο τμήμα DNA διασπάται φυσικά σε μικρά θραύσματα (περίπου 2,000 ζευγών βάσεων) τα οποία κλωνοποιούνται, αλληλουχούνται και συναρμολογούνται χρησιμοποιώντας ανάλυση υπολογιστή. Αναπτύχθηκε και έγινε διάσημο από τον Craig Venter της Celera Corporation. Ο Βέντερ ανέπτυξε την τεχνική το 1996 ενώ εργαζόταν στο Ινστιτούτο Έρευνας Γονιδιώματος.

Ο Venter ίδρυσε την Celera το 1998 με αποστολή την αλληλουχία του ανθρώπινου γονιδιώματος μέσα σε τρία χρόνια. Αυτός ο στόχος ήταν σε άμεσο ανταγωνισμό με το ήδη λειτουργούν Human Genome Project, μια κοινοπραξία πανεπιστημίων που συνεργάζονται για την αλληλουχία του ανθρώπινου γονιδιώματος χρησιμοποιώντας μια παλαιότερη στρατηγική που ονομάζεται αλληλουχία βάσει χαρτών ή BAC-to-BAC. Αυτή η μέθοδος περιελάμβανε πρώτα το σπάσιμο του γονιδιώματος σε 150,000 κομμάτια ζευγών βάσεων που ονομάζονται BAC, τη συναρμολόγηση των BAC με τη σειρά και στη συνέχεια τον προσδιορισμό της αλληλουχίας κάθε BAC λεπτομερώς.

Ο προσδιορισμός της αλληλουχίας του κυνηγετικού όπλου ολόκληρου του γονιδιώματος παρακάμπτει τη δημιουργία και τη χαρτογράφηση των BAC και ξεκινά αμέσως με τον προσδιορισμό αλληλουχίας DNA. Η διαδικασία ξεκινά με την απόκτηση ενός δείγματος DNA υψηλού μοριακού βάρους από τον οργανισμό που μας ενδιαφέρει και τη φυσική διάσπασή του σε μικρά κομμάτια περνώντας το μέσα από μια σύριγγα στενού διαμετρήματος ή με υπερήχους, ένας τρόπος να σπάσει το δείγμα χρησιμοποιώντας ηχητικά κύματα. Η διάτμηση είναι μια τυχαία διαδικασία, επομένως οι αλληλουχίες των θραυσμάτων θα έχουν κάποια επικάλυψη μεταξύ τους. Η διάτμηση δεν δημιουργεί συγκεκριμένα τα 2,000 θραύσματα ζευγών βάσεων που απαιτούνται για την αλληλούχιση, μάλλον θραύσματα του επιθυμητού μεγέθους πρέπει να καθαριστούν από το μείγμα.

Το επόμενο βήμα είναι η ένωση των θραυσμάτων DNA με το DNA φορέα που ονομάζεται φορέας. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως κλωνοποίηση και δημιουργεί μια βιβλιοθήκη αλληλουχίας από την οποία θα δημιουργηθεί η αλληλουχία ενός ολόκληρου γονιδιώματος. Η αλληλουχία κάθε κλώνου στη βιβλιοθήκη προσδιορίζεται και χρησιμοποιείται ανάλυση υπολογιστή για την εύρεση επικαλυπτόμενων ή συνεχών αλληλουχιών σε κάθε θραύσμα. Η συναρμολόγηση των επικαλύψεων δημιουργεί ένα “contig”, το οποίο είναι ένα μακρύ συνεχές τέντωμα αλληλουχίας DNA.

Η κλωνοποίηση κυνηγετικών όπλων θα έχει συνήθως ως αποτέλεσμα κάποια κενά μεταξύ των συνθηκών επειδή ορισμένες ακολουθίες λείπουν από τη βιβλιοθήκη κατά τύχη. Τα κενά μπορούν να καλυφθούν δημιουργώντας μια νέα βιβλιοθήκη ή χρησιμοποιώντας γνωστές ακολουθίες για να επεκταθούν προς τα έξω από το contig. Επειδή η αλληλουχία κυνηγετικού όπλου αναλύει τυχαία θραύσματα DNA, πολλά θραύσματα αλληλουχούνται περισσότερες από μία φορές, δημιουργώντας μεγαλύτερη βεβαιότητα ότι η αλληλουχία είναι σωστή από ό,τι αν κάθε θραύσμα είχε αναλυθεί μόνο μία ή δύο φορές.

Η αλληλουχία του ανθρώπινου γονιδιώματος έγινε τόσο από το Human Genome Project χρησιμοποιώντας αλληλουχία βασισμένη σε χάρτη όσο και από την Celera χρησιμοποιώντας αλληλουχία κυνηγετικού όπλου. Η αλληλούχιση κυνηγετικών όπλων είναι πλέον η προτιμώμενη μέθοδος για άλλα είδη αλληλούχισης γονιδιώματος. Τα πλήρη γονιδιώματα πολλών οργανισμών, όπως το φυτό Arabidopsis thaliana, το ρύζι, η αγελάδα, ο σκύλος, το κοτόπουλο, ο χιμπατζής, ο αρουραίος, το ποντίκι, το ψάρι και πολλοί μικροοργανισμοί έχουν αναλυθεί με αυτόν τον τρόπο.