stringtranslate.com

ДНК–ДНК гибридизация

В геномике ДНК -ДНК гибридизация является методом молекулярной биологии , который измеряет степень генетического сходства между последовательностями ДНК . Он используется для определения генетического расстояния между двумя организмами и широко применяется в филогении и таксономии . [1]

Метод

ДНК одного организма маркируется, затем смешивается с немаркированной ДНК для сравнения. Смесь инкубируется, чтобы позволить цепям ДНК диссоциировать, а затем охлаждается, чтобы сформировать обновленную гибридную двухцепочечную ДНК. Гибридизированные последовательности с высокой степенью сходства будут связываться прочнее и потребуют больше энергии для их разделения: т. е. они разделяются при нагревании при более высокой температуре, чем разнородные последовательности, процесс, известный как « плавление ДНК ». [2] [3] [4]

Для оценки профиля плавления гибридизированной ДНК двухцепочечная ДНК связывается с колонкой или фильтром, и смесь нагревается небольшими шагами. На каждом шаге колонка или фильтр промываются; последовательности, которые плавятся, становятся одноцепочечными и смываются. Температуры, при которых отделяется меченая ДНК, отражают степень сходства между последовательностями (а образец самогибридизации служит контролем). Эти результаты объединяются для определения степени генетического сходства между организмами. [5]

Был представлен метод гибридизации большого количества образцов ДНК против многочисленных зондов ДНК на одной мембране. Образцы должны были быть разделены на отдельные дорожки внутри мембраны, которые затем вращались, чтобы обеспечить одновременную гибридизацию с несколькими зондами ДНК. [6]

Использует

При сравнении нескольких видов значения сходства позволяют расположить организмы в филогенетическом дереве ; поэтому это один из возможных подходов к проведению молекулярной систематики . [ необходима ссылка ]

В микробиологии

Гибридизация ДНК–ДНК (DDH) используется в качестве основного метода для различения видов бактерий, поскольку их сложно точно визуально классифицировать. [7] Этот метод не получил широкого распространения в отношении более крупных организмов, где различия в видах легче идентифицировать. В конце 1900-х годов считалось, что штаммы принадлежат к одному и тому же виду, если их значение сходства ДНК–ДНК превышало 70%, а их температуры плавления отличались друг от друга не более чем на 5 °C. [8] [9] [10] В 2014 году для разделения подвидов бактерий был предложен порог сходства в 79%. [11]

DDH — это распространенная техника для бактерий, но она трудоемка, подвержена ошибкам и технически сложна. В 2004 году была описана новая техника DDH. Эта техника использовала микропланшеты и колориметрически маркированную ДНК для сокращения необходимого времени и увеличения количества образцов, которые можно обработать. [12] Эта новая техника DDH стала стандартом для бактериальной таксономии. [13]

В зоологии

Чарльз Сибли и Джон Алквист , пионеры этой техники, использовали ДНК-ДНК гибридизацию для изучения филогенетических связей птиц ( таксономия Сибли-Алквиста ) и приматов. [14] [15]

В радиоактивности

В 1969 году один из таких методов был реализован Мэри Лу Пардью и Джозефом Г. Галлом в Йельском университете с помощью радиоактивности, где он включал гибридизацию радиоактивной тестовой ДНК в растворе со стационарной ДНК цитологического препарата, что идентифицировано как авторадиография. [16]

Замена путем секвенирования генома

Критики утверждают, что этот метод неточен для сравнения близкородственных видов, поскольку любая попытка измерить различия между ортологичными последовательностями между организмами подавляется гибридизацией паралогичных последовательностей в геноме организма. [17] [ необходим лучший источник ] [ необходим лучший источник ] Секвенирование ДНК и вычислительное сравнение последовательностей в настоящее время являются общим методом определения генетического расстояния, хотя этот метод все еще используется в микробиологии для помощи в идентификации бактерий. [18]

В силикометоды

Современный подход заключается в проведении ДНК-ДНК гибридизации in silico с использованием полностью или частично секвенированных геномов . [19] GGDC и TYGS, разработанные в DSMZ, являются наиболее точными известными инструментами для расчета значений, аналогичных DDH. [19] Среди других алгоритмических улучшений, он решает проблему с паралогичными последовательностями, тщательно отфильтровывая их из совпадений между двумя геномными последовательностями. Метод использовался для разрешения сложных таксонов, таких как Escherichia coli , группа Bacillus cereus и Aeromonas . [20] Судебная комиссия Международного комитета по систематике прокариот признала dDDH в качестве таксономического доказательства. [21]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Эрко Штакебрандт (8 сентября 2010 г.). Молекулярная идентификация, систематика и популяционная структура прокариот. Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-540-31292-5.
  2. ^ Синден, Ричард Р. (1994). Структура и функция ДНК. Сан-Диего: Academic Press. С. 37–45. ISBN 0-12-645750-6. OCLC  30109829.
  3. ^ Инструменты и методы в биомолекулярной науке. Айша Диван, Дженис Ройдс. Оксфорд: Oxford University Press. 2013. ISBN 978-0-19-969556-0. OCLC  818450218.{{cite book}}: CS1 maint: others (link)
  4. ^ Forster, AC; McInnes, JL; Skingle, DC; Symons, RH (1985-02-11). «Нерадиоактивные гибридизационные зонды, приготовленные путем химической маркировки ДНК и РНК новым реагентом, фотобиотином». Nucleic Acids Research . 13 (3): 745–761. doi :10.1093/nar/13.3.745. ISSN  0305-1048. PMC 341032. PMID 2582358  . 
  5. ^ Hood, DW; Dow, CS; Green, PN (1987). «Исследования ДНК:ДНК гибридизации на розово-пигментированных факультативных метилотрофах». Журнал общей микробиологии . 133 (3): 709–720. doi : 10.1099/00221287-133-3-709 . ISSN  0022-1287. PMID  3655730.
  6. ^ Сокранского, СС; Смит, К.; Мартин, Л.; Пастер, Би Джей; Дьюхерст, FE; Левин, А.Е. (октябрь 1994 г.). "«Шахматная» ДНК-ДНК гибридизация». BioTechniques . 17 (4): 788–792. ISSN  0736-6205. PMID  7833043.
  7. ^ Аух, Александр Ф.; фон Ян, Матиас; Кленк, Ханс-Петер; Гёкер, Маркус (2010). «Цифровая ДНК-ДНК гибридизация для разграничения микробных видов с помощью сравнения последовательностей геномов». Стандарты в геномных науках . 2 (1): 117–134. doi :10.4056/sigs.531120. ISSN  1944-3277. PMC 3035253. PMID 21304684  . 
  8. ^ Бреннер DJ (1973). «Реассоциация дезоксирибонуклеиновой кислоты в таксономии энтеральных бактерий». Международный журнал систематической бактериологии . 23 (4): 298–307. doi : 10.1099/00207713-23-4-298 .
  9. ^ Wayne LG, Brenner DJ, Colwell RR, Grimont PD, Kandler O, Krichevsky MI, Moore LH, Moore WEC, Murray RGE, Stackebrandt E, Starr MP, Trüper HG (1987). «Отчет специального комитета по согласованию подходов к бактериальной систематике». Международный журнал систематической бактериологии . 37 (4): 463–464. doi : 10.1099/00207713-37-4-463 .
  10. ^ Tindall BJ, Rossello-Mora R, Busse HJ, Ludwig W, Kampfer P (2010). «Заметки о характеристике штаммов прокариот для таксономических целей». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 60 (Pt 1): 249–266. doi : 10.1099/ijs.0.016949-0 . hdl : 10261/49238 . PMID  19700448.
  11. ^ Meier-Kolthoff JP, Hahnke RL, Petersen JP, Scheuner CS, Michael VM, Fiebig AF, Rohde CR, Rohde MR, Fartmann BF, Goodwin LA, Chertkov OC, Reddy TR, Pati AP, Ivanova NN, Markowitz VM, Kyrpides NC, Woyke TW, Klenk HP, Göker M (2013). "Полная последовательность генома DSM 30083T, типового штамма (U5/41T) Escherichia coli и предложение по определению подвидов в микробной таксономии". Стандарты в геномных науках . 9 : 2. doi : 10.1186/1944-3277-9-2 . PMC 4334874. PMID  25780495 . 
  12. ^ Мелен, Андре; Гёльднер, Марсия; Рид, Сабина; Штиндль, Сибилла; Людвиг, Вольфганг; Шлейфер, Карл-Хайнц (ноябрь 2004 г.). «Разработка метода быстрой ДНК-ДНК-гибридизации на основе профилей плавления в микропланшетах». Систематическая и прикладная микробиология . 27 (6): 689–695. doi :10.1078/0723202042369875. ISSN  0723-2020. PMID  15612626.
  13. ^ Хуан, Чиен-Сюнь; Ли, Шиао-Вэнь; Хуан, Лина; Ватанабэ, Коичи (2018). «Идентификация и классификация группы Lactobacillus casei». Frontiers in Microbiology . 9 : 1974. doi : 10.3389/fmicb.2018.01974 . ISSN  1664-302X. PMC 6113361. PMID 30186277  . 
  14. ^ Генетические сходства: Уилсон, Сарих, Сибли и Алквист
  15. ^ CG Sibley & JE Ahlquist (1984). «Филогения гоминоидных приматов, как указано с помощью ДНК–ДНК гибридизации». Журнал молекулярной эволюции . 20 (1): 2–15. Bibcode : 1984JMolE..20....2S. doi : 10.1007/BF02101980. PMID  6429338. S2CID  6658046.
  16. ↑ Пардью, Мэри Лу и Джозеф Г. Холл. «Молекулярная гибридизация радиоактивной ДНК с ДНК цитологических препаратов». Биологическая башня Клайна, Йельский университет, 13 августа 1969 г.
  17. ^ Маркс, Джонатан (2007-05-09). "Гибридизация ДНК у обезьян — Технические вопросы". Архивировано из оригинала 2007-05-09 . Получено 2019-06-02 .
  18. ^ SS Socransky; AD Haffajee; C. Smith; L. Martin; JA Haffajee; NG Uzel; JM Goodson (2004). «Использование шахматной ДНК–ДНК гибридизации для изучения сложных микробных экосистем». Oral Microbiology and Immunology . 19 (6): 352–362. doi :10.1111/j.1399-302x.2004.00168.x. PMID  15491460.
  19. ^ ab Meier-Kolthoff JP, Auch AF, Klenk HP, Goeker M (2013). «Разграничение видов на основе последовательности генома с доверительными интервалами и улучшенными функциями расстояния». BMC Bioinformatics . 14 : 60. doi : 10.1186/1471-2105-14-60 . PMC 3665452. PMID  23432962 . 
  20. ^ Риохас, Марко А.; Макгоф, Катя Дж.; Райдер-Риохас, Кристин Дж.; Растоги, Налин; Хасбон, Манзур Эрнандо (1 января 2018 г.). «Филогеномный анализ видов комплекса Mycobacterium tuberculosis показывает, что Mycobacterium africanum, Mycobacterium bovis, Mycobacterium caprae, Mycobacterium microti и Mycobacterium pinnipedii являются более поздними гетеротипическими синонимами Mycobacterium tuberculosis». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 68 (1): 324–332. doi : 10.1099/ijsem.0.002507 . PMID  29205127.
  21. ^ Арахал, Дэвид Р.; Булл, Кэроли Т.; Буссе, Ханс-Юрген; Кристенсен, Хенрик; Чувочина, Мария; Дедыш, Светлана Н.; Фурнье, Пьер-Эдуард; Константинидис, Константинос Т.; Паркер, Чарльз Т.; Росселло-Мора, Рамон; Вентоза, Антонио; Гёкер, Маркус (27 апреля 2023 г.). «Судебные заключения 123–127». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 72 (12). doi : 10.1099/ijsem.0.005708. hdl : 10261/295959 . PMID  36748499.

Дальнейшее чтение