آشنایی با تکنیک DNA fingerprinting

DNA fingerprinting تکنیک مورد استفاده دانشمندان برای تمایز افراد یک گونه با استفاده صرف از نمونه DNA آنهاست. این تکنیک توسط ژنتیکدان بریتانیاییAlec Jeffreys در سال 1985 توسعه یافت. وی در حالیکه مشغول مطالعه ژنهای دست اندرکار myoglobin (هموگلوبین حاضر در سلول‌های بافت عضلانی) بود متوجه شد که این ژنها حاوی قطعات بسیاری هستند که این قطعات از نظر اندازه و ترکیب بسیار متنوع بوده و در عین حال فاقد هر نوع فعالیت ظاهری می‌باشند. Jeffreys این قطعات را minisatellites نامید زیرا آنها کوچک بوده و بخشی از ژن را احاطه کرده بودند. وی بخاطر این کشف موفق به دریافت نشان شوالیه در سال 1994 شد. از نامهای دیگر این تکنیک می توان به DNA Profiling وDNA typing اشاره کرد.

روش‌های مختلفی برای انجام DNA fingerprinting (انگشت نگاری DNA) وجود دارد اما معمولترین آنها VNTRs) minisatellites) است که در ادامه به آن خواهیم پرداخت.

DNA fingerprinting با استفاده از VNTRs:

در برخی از کروموزوم‌های انسان، یک توالی کوتاه از DNA (حاوی 10 تا 50 باز) بدفعات پشت سرهم تکرار شده است. این توالیهای تکراری(موتیف‌ها) که ممکن است از یک تا 30 عدد باشند تحت عنوان Variable Number of Tandem Repeats (VNTRs) نامیده می‌شوند. تنوع تعداد موتیف‌های تکراری دلیل اصلی پلی مرفیسم طولی است که خود ناشی از میزان بالای موتاسیون است. این مناطق تکراری معمولاً بوسیله مناطق برش اختصاصی آنزیم در بر گرفته شده‌اند. هر فرد دارای مقادیر مختلفی از VNTRs است.

مراحل DNA fingerprinting:

مرحله 1- سلولها برای آزادسازی DNA، شکسته شده و پس از جداسازی قندها، پروتئین‌ها و سایر اجزای سلول، تنها DNA (اسیدهای نوکلئیک) باقی می ماند. اگر تنها میزان کمی از DNA در دسترس باشد با استفاده از تکنیک PCR اقدام به تکثیر آن می‌کنند.

مرحله 2- با استفاده از آنزیمهای برشگر، اقدام به برش DNA در مناطق اختصاصی و تولید قطعات DNA می‌کنند. هر آنزیم برشی DNA را در یک توالی بازی اختصاصی برش می‌دهد. حاصل کار تولید هزاران قطعه برشی با اندازه‌های متفاوت است زیرا توالیهای بازی برش خورده ممکن است دور(قطعات بلند) و یا نزدیک به هم (قطعات کوتاه) باشند.

مرحله 3- قطعاتDNA با استفاده از ژل الکتروفورز بر اساس اندازه تفکیک می‌شوند. DNA بدرون چاهک‌ها تزریق شده و یک جریان الکتریسیته در طول ژل اعمال می‌شود. DNA دارای بار منفی است بنابراین به سوی انتهای مثبت ژل به حرکت در می‌آید. قطعات کوچکتر DNA سریعتر از قطعات بزرگتر حرکت می‌کنند و این امر سبب تفکیک قطعات بصورت باندهای مجزا بر روی ژل می‌شود.

مولکولهای اسید نوکلئیک رادیواکتیویته بعنوان پروب افزوده می‌شوند تا با قطعات DNA مکمل پیوند یافتهHybridization)) و امکان عکس برداری از الگوی توزیع باندها که تحت عنوان DNA fingerprint نامیده می‌شود فراهم گردد(Autoradiography).

مرحله4- الگوی تفرق باندها مورد آنالیز قرار می‌گیرد.

نقاط قوت و ضعف DNA fingerprintingبا استفاده از VNTRs:

نقاط قوت- میزان بالای پلی مرفیسم، تولید باندهای مناسب بسیار در هر واکنش، تکرار پذیری بالا.

نقاط ضعف- نیاز به مقدار زیاد DNA تخلیص شده، مشکل بودن از نظر تکنیکی و فنی، عدم توزیع تصادفی باندها، عدم امکان تفسیر باندها بر اساس لوکوس ها و آلل‌ها (در مورد پروبهای با لوکوسهای چندگانه)، غالبیت و عدم امکان بررسی وجود و یا عدم همبارزی (در مورد پروبهای با لوکوسهای چندگانه)، عدم سازگاری با اتوماسیون.

موارد کاربرد DNA Fingerprinting:

1- پزشکی قانونی و شناسایی مجرمان- الگوی DNA هر فرد بسیار اختصاصی است بطوری که احتمال اینکه دو فرد دارای الگوی DNA کاملاً مشابهی باشند سی میلیون به یک است (به استثنای دوقلوهای همسان). DNA Fingerprinting در بررسی پرونده‌های تجاوز جنسی کاربرد بسیاری دارد، بدین گونه که نمونه DNAحاصل از منی فرد مظنون به تجاوز با نمونه DNA برجای مانده از تجاوز مقایسه می‌شود و در صورت همسانی کامل الگوی DNA هر دو نمونه، فرد مظنون مجرم شناخته می‌شود (DNA را می‌توان از منابعی چون بزاق، خون، مو و حتی بافت شخص مرده هم بدست آورد).

تصویر زیر که Fingerprinting سه نمونه DNA) DNA حاصل از خون یافت شده در صحنه جرم، DNA فرد مظنون و DNA قربانی) است، بیانگر حضور فرد مظنون در صحنه جرم است:

2- تبار شناسی (شناسایی والدین حقیقی کودک، موارد مربوط به توارث و مهاجرت)- بوسیله مقایسه الگوی DNA یک مادر و فرزند او، شناسایی قطعات غیر مشترک در نمونه DNA فرزند میسر می‌شود که این قطعات قاعدتاً ناشی از DNA پدر کودک می‌باشند. در تصویر زیر قطعات (باندهای) DNA مشترک میان فرزند و پدر(نه قطعات DNA مشترک میان فرزند و مادر)، نشان می‌دهد که کودک، فرزند واقعی پدر می‌باشد.

3- برنامه‌های اصلاحی- در مواردی همچون کشت بافت، بدلیل امکان وقوع موتاسیون (تنوع سوماکلونال)، ممکن است ژنوتیپ گیاه باززایی شده از ژنوتیپ گیاه اصلی متفاوت باشد (علیرغم شباهت فنوتیپی)، در این صورت DNA fingerprintمی‌تواند امکان بررسی دقیق، کم هزینه و سریع را فراهم کند. همچنین در صورت تلاقی میان دو رقم برتر، امکان شناسایی آن گروه از نتاج(فرزندان) که صفات مطلوب هر دو والد را به ارث برده‌اند، در مراحل اولیه رشد و نمو میسر می‌شود. در اصلاح دام و حیوانات اهلی هم این روش بسیار به کارگرفته می‌شود.

4- تشخیص وجود و یا عدم وجود ویروس ایدز در خون افراد مشکوک -

5- تهیه کارت شناسایی برای هر فرد با استفاده از اطلاعات DNA او (DNA ID Card)- در برخی کشورها، بانکهای DNA fingerprint افراد مجرم، برای سهولت بررسی موارد مشابه در آینده، تهیه و نگهداری می‌شود.