Генотипирование — это процесс определения различий в генетическом составе ( генотипе ) индивидуума путем изучения последовательности ДНК индивидуума с использованием биологических анализов и сравнения ее с последовательностью другого индивидуума или референтной последовательностью. Он выявляет аллели, которые индивидуум унаследовал от своих родителей. [1] Традиционно генотипирование — это использование последовательностей ДНК для определения биологических популяций с помощью молекулярных инструментов. Обычно оно не включает определение генов индивидуума.
Современные методы генотипирования включают идентификацию полиморфизма длины рестрикционного фрагмента (RFLPI) геномной ДНК, случайное амплифицированное полиморфное обнаружение (RAPD) геномной ДНК, обнаружение полиморфизма длины амплифицированного фрагмента (AFLPD), полимеразную цепную реакцию (ПЦР), секвенирование ДНК , зонды аллель-специфических олигонуклеотидов (ASO) и гибридизацию с микрочипами ДНК или бусинами. Генотипирование важно в исследовании генов и вариантов генов, связанных с заболеванием. Из-за текущих технологических ограничений почти все генотипирование является частичным. То есть определяется только небольшая часть генотипа человека, например, с помощью (epi)GBS ( генотипирование путем секвенирования ) или RADseq . Новые [2] технологии массового секвенирования обещают обеспечить генотипирование всего генома (или секвенирование всего генома ) в будущем.
Генотипирование применяется к широкому кругу лиц, включая микроорганизмы. Например, вирусы и бактерии могут быть генотипированы. Генотипирование в этом контексте может помочь в контроле распространения патогенов, отслеживая происхождение вспышек. Эту область часто называют молекулярной эпидемиологией или судебной микробиологией .
Люди также могут быть генотипированы. Например, при тестировании отцовства или материнства ученым обычно нужно исследовать только 10 или 20 геномных регионов (например, полиморфизм одного нуклеотида (SNP)), которые представляют собой крошечную часть генома человека .
При генотипировании трансгенных организмов может потребоваться всего лишь один геномный регион для определения генотипа. Обычно для генотипирования трансгенной мыши достаточно одного ПЦР- анализа ; мышь является предпочтительной моделью млекопитающего для большинства медицинских исследований сегодня.
Этические проблемы генотипирования людей стали темой для обсуждения. Развитие технологий генотипирования позволит проводить скрининг больших популяций людей на генетические заболевания и предрасположенности к заболеваниям. [3] Преимущества генотипирования всей популяции оспаривались этическими проблемами согласия и общей пользой широкомасштабного скрининга. [3] Генотипирование выявляет мутации , которые повышают восприимчивость человека к развитию заболевания, но развитие заболевания не гарантировано в большинстве случаев, что может привести к психологическому ущербу. [4] Дискриминация может возникнуть из-за различных генетических маркеров, выявленных генотипированием, таких как спортивные преимущества или недостатки в профессиональном спорте или риск развития заболевания в более позднем возрасте. [5] [4] Большая часть этических проблем, связанных с генотипированием, возникает из-за доступности информации, например, кто может получить доступ к генотипу человека в различных контекстах. [4]
Генотипирование используется в медицинской сфере для выявления и контроля распространения туберкулеза (ТБ). Первоначально генотипирование использовалось только для подтверждения вспышек туберкулеза; но с развитием технологии генотипирования теперь оно способно делать гораздо больше. Достижения в технологии генотипирования привели к осознанию того, что многие случаи туберкулеза, включая инфицированных лиц, проживающих в одном доме, на самом деле не были связаны. [6] Это привело к формированию универсального генотипирования в попытке понять динамику передачи. Универсальное генотипирование выявило сложную динамику передачи, основанную на таких вещах, как социально-эпидемиологические факторы. Это привело к использованию полимеразной цепной реакции (ПЦР), которая позволила быстрее обнаружить туберкулез. Этот метод быстрого обнаружения используется для профилактики туберкулеза. [6] Добавление секвенирования полного генома (WGS) позволило идентифицировать штаммы туберкулеза, которые затем можно было поместить в хронологическую карту кластера. Эти карты кластеров показывают происхождение случаев и время, в которое эти случаи возникли. Это дает гораздо более ясную картину динамики передачи и позволяет лучше контролировать и предотвращать передачу. Все эти различные формы генотипирования используются вместе для обнаружения туберкулеза, предотвращения его распространения и отслеживания источника инфекции. Это помогло сократить количество случаев туберкулеза. [6]
В сельском хозяйстве используется множество типов генотипирования . Одним из используемых типов является генотипирование путем секвенирования, поскольку оно помогает сельскому хозяйству в селекции сельскохозяйственных культур. Для этой цели в качестве маркеров используются однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), а секвенирование РНК используется для изучения экспрессии генов в сельскохозяйственных культурах. [7] Знания, полученные с помощью этого типа генотипирования, позволяют проводить селективную селекцию сельскохозяйственных культур способами, которые приносят пользу сельскому хозяйству. В случае люцерны клеточная стенка была улучшена путем селективного разведения, что стало возможным благодаря этому типу генотипирования. [7] Эти методы также привели к открытию генов, которые обеспечивают устойчивость к болезням. Ген под названием Yr15 был обнаружен в пшенице, который защищает от болезни, называемой желтой ржавчиной пшеницы. Затем селективная селекция гена Yr15 предотвратила желтую ржавчину пшеницы, что принесло пользу сельскому хозяйству. [7]