توالییابی
توالییابی، در علم ژنتیک و بیوشیمی، به معنی تشخیص ساختار داخلی یک بسپار (نظیر ترتیب نوکلئوتیدهای سازنده دی‌ان‌ای) است. نتیجهٔ این فرایند، دستیابی به توالی ساختارهای مختلف اتمی در بسپار است که نمایانگر ساختار توالی مولکول در سطح اتمی می‌باشد. توالی یابی دی‌ان‌ای باید سه ویژگی داشته باشد ۱-مکمل بودن ۲-وارون بودن ۳-زوج نوکلئوتید بودن.
انواع متنوعی از توالی یابی وجود دارد که عبارتند از:
توالییابی DNA
توالی DNA فرآیند تعیین ترتیب نوکلئوتیدها در یک قطعه دی‌ان‌ای داده شده‌است. تاکنون بیشتر از روشی که فردریک سنگر ابداع کرده‌است، استفاده شده‌است. در این تکنیک از لایه های نوکئوتیدی اصلاح شده به کمک خاتمه توالی خاص، بهره گرفته شده‌است. البته روش های جدید دیگری همانند تکنیک پیروسکوکن نیز مورد استفاده قرار گرفته‌است. درحال حاضر به کمک روش سنگر، داده های زیادی تولید شده‌است که در دسترس قرار دارند. در یکبار اجرا ژنوم باکتری توالی یابی می‌شود. همچنین ژنوم فردی به نام جیمز واتسون به کمک این روش توالی یابی شده‌است. توالی DNA، اطلاعات مهم و ضروری برای ادامه حیات و تولید‌مثل موجودات را رمز میکند. بنابراین توالییابی DNA موجودات برای پی بردن به چرایی و چگونگی برخی اتفاقات در حیات موجود زنده و تولید مثل آن ها، بسیار حائز اهمیت و مورد استفاده‌است. بطور مثال در داروسازی، کمک اطلاعات استخراج شده از دی‌ان‌ای، بسیاری از بیماری های ژنتیکی تشخیص داده و به درمان آن نیز کمک میکند. همچنین تحقیق و مطالعه عوامل بیماری‌زا نیز در درمان بیماری‌های واگیردار موثر خواهدبود. رشته بیوتکنولوژی که یک رشته نسبتا جدید است به این مسائل میپردازد. کارلسون پیش بینی کرد سرعت دو برابر شدن فناوری توالی یابی حداقل به اندازه قانون مور خواهد بود. منحنی کارلسون کاهش هزینه و افزایش کارایی با سرعت زیاد در تکنیک های توالی یابی نشان میدهد.
روش فردریک سنجر (خاتمه زنجیره)
اساس این تکنیک استفاده از آنالوگ‌های شیمیایی نوکلئوتیدی بود که فاقد گروه OH بر روی کربن ′3 خود برای گسترش زنجیره DNA هستند و نمی‌توانند با ′5 فسفات بعدی خود واکنش دهند. بنابراین هنگامی که در زنجیره در حال تکثیر اسید نوکلئیک قرار گیرند واکنش متوقف خواهد شد. ترکیب ddNTPها همراه با غلظت‌های مشخص از dNTP استاندارد در واکنش سنتز دی‌ان‌ای منجر به تولید رشته‌های دی‌ان‌ای با طول‌های مختلف می‌شود (تولید رشته‌هایی که تنها در یک نوکلئوتید تفاوت طول دارند). این تکنیک نیازمند دی‌ان‌ای تک رشته‌ای به عنوان الگو است که با استفاده از فاژمیدها حاصل می‌شود. DNA تک رشته‌ای به همراه سایر مواد مورد نیاز سنتز DNA به چهار لوله آزمایش که هر کدام حاوی یک نوع باز ddNTP است انتقال داده می‌شود ddNTP به طور تصادفی توسط آنزیم دی‌ان‌ای پلیمراز به رشته در حال ساخت افزوده می‌شوند. نهایتا‌ً در هر لوله آزمایش قطعاتی با طول مختلف تولید می‌شود. قطعات تولید شده بر روی ژل پلی آکریل آمید اجرا می‌شوند و با استفاده از اتورادیوگراف بر روی ژل ظاهر می‌شوند. دقت، قدرت و سهولت در روش خاتمه زنجیره یا توالییابی سنگر باعث شد این تکنیک برای سال‌های متمادی مورد استفاده قرار گیرد.
توالی یابی RNA
RNAها در سلول نا پایدارتر هستند و همچنین در برابر آنزیم‌های نوکلئاز که در آزمایش‌ها استفاده‌می‌شوند آسیب پذیرتر هستند. RNA نتبجه رونویسی (ژنتیک) DNA است. هرچند کل اطلاعات ژنتیکی در DNA وجود دارد ولی گاهی لازم است که RNA هم توالییابی شود.
توالییابی پروتئین
روش‌های متنوعی برای توالییابی پروتئین‌ها به کار گرفته می‌شود که عبارتند از:
- Edman degradation
- شناسایی جرمی پپتیدها (به انگلیسی: Peptide mass fingerprinting)
- طیف‌سنجی جرمی
- هضم پروتئاز (به انگلیسی: Protease digests)
کاربرد های دیگر توالی یابی
سایر کاربردهای توالی یابی شامل بررسی تعامل Long non-coding RNA و کروماتین، تعیین نواحی باز یا در دسترس یوکروماتین یا ChIRP-seq و نیز کاربرد در حوزه متاژنومیک اشاره کرد. متاژنومیکس شناسایی و مطالعه ماده ژنتیکی میکروبی است که به طور مستقیم از نمونه‌های محیطی بدست آمده‌است. شناسایی ارگانیسم‌های موجود در یک محیط خاص برای تحقیقات بوم‌شناسی، بیماری‌شناسی، میکروب‌شناسی حیاتی است. توالییابی به محققان این امکان را میدهد تا به عنوان مثال انواع میکروب‌های موجود در یک میکروبیوم را شناسایی کنند.