lunedì 14 marzo 2011

Gjenoma per te Gjithe

Si mund te arrihet te deshifrohet nje gjenome e njeriut me çmime te arsyeshme? Tentativat e ndryshme per te ulur çmimin e deshifrimit te gjenomes po behen çdo dite edhe me teper te verteta.
Deshifrimi i ADN-s: Sfida e rradhes
(Imazhi: PublicDomainPictures/Pixabay/C0)

Kur u plotesua procesi i deshifrimit te gjenomes se njeriut kostoja totale e tij ishte 3 miliard dollare dhe koha e parashikuar per ta plotesuar ishte 15 vjet edhe pse avancimet e kohes bene qe te arriheshin rezultate brenda 11 vjetesh. Ne diten e sotme kosto per deshifrim te nje gjenome ka mberritur ne 20 milion dollare, por eshte akoma larg nga perdorimi i personave te thjeshte. Duke pasur parasysh shembullin e World Wide Web dhe shpejtesise se perhapjes se tij, National Institute of Health ka nisur projektin e gjenomes me 1000 euro duke vendosur edhe çmime per ato qe do arrijne rezultatet me te mire. Nese punet shkojne mire, shpresohet qe brenda 2009 sekuencimi i nje gjenome te kape shifren e 100.000 dollareve dhe brenda vitit 2014 te mberrije 1000 dollare. Kjo gje do ishte nje ndihmese e madhe per mjekesine nese mendojme se çfare mund te kene para mjeket ne rast se do te kerkonin nese nje gjen i caktuar ka apo jo nje mutacion, etj.

Normalisht qe per momentin cmimi eshte i vetmi problem qe haset. Por gjeja me e rendesishme eshte qe sfida ka filluar te jape rezultatet e para me teknika te reja qe per momentin mund te ulin cmimet deri ne 20.000 dollare brenda 4 viteve te ardhme.

Teknika e Reaksionit Zinxhir te Polimerizimit (PCR)


Metoda me e perdorshme akoma eshte ajo qe ka shpik Frederik Sanger (2 here çmim nobel, per kete procedure si dhe per faktin se qe i pari qe pergatiti insuline dhe e studioi nga ana strukturale).
Procedura eshte e tille (figura): fragmenti qe deshiron te sekuencohet copetohej ne pjese me te vogla dhe klonohej ne brendesi te nje popullate bakteriesh te Escherichia coli. Me pas nxirret prej saj dhe shumohet me ate te metodes se PCR (Polymerase Chain Reaction, reaksion zinxhir polimerizimi) qe lejon te kesh shume kopje te te njejtit fragment. Tani fillohet me metoden e Sanger-it qe perdor pikerisht karakteristiken e ADN per te dyfishuar veten. Kur zgjatet ADN-ja fut ne strukturen e vet nukleotide me 3 fosfate ne formen e dATP, etj (mos harroni se ne ADN kemi sheqer dezoksiribo ). Ne metoden e Sangerit hiqet grupi –OH nga pozicioni 3 duke formuar nje ddATP (didezoksiribo)  dhe kur ADN shton kete, bllokon zgjatjen e vet sepse humbet pika e lidhjes se nukleotideve. Pra prodhon nukleotide te modifikuar si dhe te shenuara me nje ngjyre fluoreshente sipas nukleotidit. Keto shtohen ne perberjen qe ka ADN dhe enzimat qe do kryejne procesin. Me pas futen ne elektroforeze dhe i nenshtrohen nje kampi elektrik. Copat kane nje ngarkese negative dhe do migrojne ne drejtim te polit pozitiv me nje shpejtesi qe varet sipas madhesise qe kane. Duke shkuar drejt fundit kalojne ne nje pike qe ka nje lazer qe lexon  fluoreshencen dhe e tregon ne nje ekran. Kjo eshte teknika baze qe perdoret dhe te gjitha sforcot qe po kryhen, jane qe te shtojne shpejtesine dhe te ulin kostot e procedures (me ane te shtimit te procedurale te njekohshme, zvogelimin e perberesve, uljen e sasise se materialeve qe marrin pjese ne reaksion etj qe te arrihen te lexohen miliona nukleotide njekohesisht).

Ne gjenomen e njeriut jane 3 miliard baza te grupuara ne 23 kromozome. Me pak fjale brenda nje qelize kemi 6 miliard nukleotide duke qene se marrin 23 kromozome nga nena dhe 23 nga babai.

22 kromozomet autozome dhe kromozomet seksuale X dhe Y


Qe nje sinjal te dallohet duhet te ndodhin shume reaksione te bashkelidhjes ne te njejten kohe , prandaj po kerkohen metoda qe te mund te lexojne sinjalet fluoreshente nga nje zinxhir i vetem. Kjo teknike po provohet ne California Institute of Technology dhe do te ulte shume kostot dhe kohen qe do duhej per te bere veprimet. Veshtiresia qendron ne gjetjen e molekulave fluoreshente te izoluara, sepse rreth 5 % e tyre nuk arrihen te gjehen, gje qe çon ne shume hapesira ne sekuencim.

Nje metode tjeter qe paraqet nje shprese te mire eshte ajo e kolonive te izoluara te polimerazeve (qe marrin emrin polonie) qe vendosen ne nje xham mikroskopi ose shtrese xheli. Cdo polonie ka nje primer qe mund te gjehet dhe te lidhet nga fragmenti origjinal. Ne secilen nga keto polonie , nje molekule ADN shumohet me ane te PCR , duke formuar miliona kopje qe rriten ne nje forme shume te ngjashme me nje koloni bakteriale duke filluar nga zinxhiri origjinal. Secili nga keto polonie ka madhesine e 1 mikroni dhe nje volum 1 femtoliter dhe ne secilen xham ka mundesi te vendosen disa miliarda.

Nga kjo ide lind edhe ajo e polonie “bead” qe jane te mbyllura ne pika ose emulsione. Pas reaksionit ne secilin bead ka kopje te nje zinxhiri original  te ndryshem. Reaksioni i sekuencimit zhvillohet ne te gjitha  bead ne te njejten kohe.

Nje metode tjeter eshte ajo e nanoporeve qe ka si ide terheqjen e molekulave te ADN drejt nje ngarkese positive, por qe ta mberrijne duhet te kalojne nje membrane qe ka nje por te vetem te dimensioneve rreth 1.5 nanometra, ku mund te kalojne molekulat e ADN me nje zinxhir te vetem.  Kur kalon zinxhiri secili nukleotid ndryshon percimin elektrik te membranes qe matet me pikoamper. Diferencat qe ka secila baze ben te mundur qe te kemi bllokime te kohes dhe madhesise se ndryshme. Perfeksionimi i kesaj metode mund te beje qe te arrihet nje metode e afte te deshifroje nje gjenome totale njerezore per 20 ore (fillimisht ka qene 11 vjet)…

2 grupe jane duke u sfiduar per te arritur uljen e kostove sa me shume si dhe shpejtesine me te madhe pa gabime dhe deri tani njeri grup ka arritur te deshifroje 8000 nukleotide me 1 dollar kurse grupi tjeter thote te kete arritur te shpejtoje procedurat deri ne 100 here. Grupi i pare me procedurat e cikleve te shumefishuar te reaksioneve 43X (dmth 43 cikle per 1 baze) thote qe ben 1 gabim çdo 2500 baza kurse grupi nga Harvard thote qe me proceduren e vet 7X (7 cikle per 1 baze) ben 1 gabim çdo 3 milion baza.

Per me teper:
www.genome.gov/12513210 
www.jgi.doe.gov/education/how/index.html

"Metoda e vertete e dijes eshte eksperimentimi"
(William Blake)