dr Paweł Zawadzki, MNM Diagnostics
https://mnm.bio
Wielkopolskie Centrum Zaawansowanych Technologii, Umultowska 89C, 61-614 Poznań
Jak czytamy genom – krasnoludki kontra komputery
Każdy genom zawiera wszystkie informacje niezbędne do budowy i rozwoju danego organizmu.
Pamiętajmy, że genom to bardzo duża ilość informacji. Wyobraźmy sobie, że mamy 500 książek po 500 kartek każda. Gdybyśmy zatrudnili krasnoludka, który czytałby te książki litera po literze, strona po stronie, przeczytanie wszystkiego zajęłoby mu dziesiątki lat. My dzisiaj potrzebujemy 1 ml krwi, żeby sekwencjonować genom człowieka. Z tego mililitra krwi izolujemy nasze DNA. Każda komórka zawiera 2 metry DNA. Te 2 metry DNA to nić czteroliterowego kodu, liter A,C,T,G, które składają się z ponad 3 miliardów liter. Zatem jak czytamy genom? Jak czytamy ten kod? Otóż tniemy tę dwumetrową nić DNA na malutkie kawałki. Następnie te maleńkie kawałki przyczepiamy do powierzchni maszyny, która nazywa się sekwenatorem i odczytujemy pierwszą literkę, drugą literkę, trzecią literkę, czwartą literkę.
Jak czytamy genom człowieka? Pomagają w tym superszybkie komputery. Obecnie po 24 godzinach pracy maszyny sekwencjonującej DNA naukowcy otrzymują tak gigantyczną ilość danych, że są w stanie złożyć cały genom i go “przeczytać”.
Jak czytamy genom – pomocne kolory
Sztuczka, którą wykorzystujemy polega na tym, że kiedy mamy przyczepiony kawałek (przyjmijmy, że on się składa ze 150 liter) stosujemy enzym – polimerazę, oraz literki A,C,T,G, które są oznakowane różnymi kolorami. I co robimy? Przyczepiamy pierwszy nukleotyd i on świeci na czerwono. Przyklejamy drugi nukleotyd i on świeci na zielono. Przyklejamy trzeci, który świeci na niebiesko, i czwarty, który świeci na “żółto. W praktyce nagrywamy film. Patrząc na to, jakie kolory przyczepiają się do nici wiemy że A,C,T,G odpowiadają poszczególnym kolorom, które nam błyskają. Tak więc kiedy mamy te błyski odpowiednich kolorów, jesteśmy w stanie odczytać DNA.
Jak czytamy genom – komputerowe puzzle
Maszyna czyta te 150 liter, a genom ma ich ponad 3 miliardy. Jeśli jednak maszyna do sekwencjonowania jest wystarczająco duża i czyta nie tylko jedną nić, ale równocześnie 100 milionów takich nici, to po 24 godzinach dostajemy tak gigantyczną ilość danych, że jesteśmy w stanie złożyć cały genom i go przeczytać. Można to porównać go do pliku Word. Byłby to bardzo duży plik, ale mamy odczytany genom, litera po literze. Oczywiście potrzebujemy superkomputerów, żeby to przeprowadzić. Technicznie odbywa się to tak, że mamy 150 liter, 150 liter, 150 liter i mamy nasz genom referencyjny, więc go dopasowujemy do tego genomu. Każdy z tych 150-literowych odczytów przyczepia się w innym miejscu. Wtedy te wszystkie odczyty niejako przekładamy na jedną sekwencję. I to jest sposób, w jaki odczytujemy genom człowieka.
Co to znaczy odczytać genom, jak to się w praktyce robi i czemu to służy - o tym mówi dr Paweł Zawadzki z Wielkopolskiego Centrum Zaawansowanych Technologii.
