حاسبة عدد نسخ الحمض النووي | أداة التحليل الجينومي

حاسبة عدد نسخ DNA

تقدّر حاسبة عدد نسخ DNA عدد نسخ التسلسل المستهدف الموجودة في عينة DNA. وتعتمد على تركيز العينة وحجمها وعدد مرات ظهور التسلسل المستهدف داخل تسلسل DNA الأكبر. تستخدم مختبرات البيولوجيا الجزيئية هذا التقدير لتخطيط تجارب مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي (qPCR) قبل إجراء اختبار أكثر تكلفة ودقة.

معنى عدد نسخ DNA

عدد نسخ DNA هو عدد مرات ظهور تسلسل محدد في جينوم أو عينة. يظهر الجين البشري النموذجي مرتين، مرة موروثة من كل والد. ويمكن لعدة عوامل تغيير هذا العدد.

• التضخيم: أكثر من نسختين. غالبًا ما تضخّم الخلايا السرطانية الجينات التي تحفّز النمو، مثل HER2 في بعض أورام الثدي.
• الحذف: أقل من نسختين، وأحيانًا لا توجد أي نسخة. ويمكن أن تسبب الحذوفات اضطرابات وراثية.
• التضاعف: ظهور نسخة إضافية حيث يُفترض أن توجد نسخة واحدة أو نسختان فقط.
• تباين عدد النسخ (CNV): اختلاف طبيعي في عدد النسخ بين الأفراد، يوجد في جزء مهم من الجينوم البشري.

معادلة عدد نسخ DNA

تحوّل الحاسبة عدد مرات ظهور التسلسل وكتلة العينة إلى عدد نسخ باستخدام المعادلة الآتية:

$\text{عدد النسخ} = \frac{\text{مرات الظهور} \times \text{التركيز} \times \text{الحجم} \times N_A}{\text{طول DNA} \times 660 \times 10^{9}}$

حيث:

• مرات الظهور — عدد مرات ظهور التسلسل المستهدف في تسلسل DNA الكامل، مع احتساب التطابقات المتداخلة كلٌّ على حدة.
• التركيز — تركيز DNA بالنانوغرام لكل ميكروليتر (ng/μL)، ويُقرأ عادةً باستخدام مقياس الطيف الضوئي أو مقياس التألق.
• الحجم — حجم العينة بالميكروليتر (μL).
• $N_A$ — عدد أفوغادرو، 6.022 × 10²³ جزيئًا لكل مول. ويحوّل مولات DNA إلى عدد الجزيئات.
• طول DNA — طول تسلسل DNA الكامل، بعدد أزواج القواعد.
• 660 — متوسط الوزن الجزيئي لزوج واحد من قواعد DNA، بالغرام لكل مول (g/mol). وزوج القواعد هو نيوكليوتيدان متزاوجان، أحدهما من كل شريط من شريطي DNA.
• 10⁹ — يحوّل النانوغرامات إلى غرامات.

تحوّل المعادلة أولًا كتلة العينة إلى مولات من جزيئات DNA، ثم تضربها في عدد أفوغادرو للحصول على العدد الكلي لجزيئات DNA في العينة، ثم تضربه في عدد مرات ظهور التسلسل المستهدف في كل جزيء.

تقبل الأداة الأحرف A وT وC وG فقط. ويُتجاهل التباعد وفواصل الأسطر، وتُعامل الأحرف الصغيرة مثل الأحرف الكبيرة.

كيفية حساب عدد نسخ DNA: مثال محلول

لنأخذ تسلسل DNA مكوّنًا من 12 زوجًا قاعديًا، ATCGATCGATCG، وتسلسلًا مستهدفًا هو ATCG، بتركيز 10 ng/μL وحجم 20 μL.

الخطوة 1: عدّ مرات الظهور. يظهر ATCG عدد 3 مرات في ATCGATCGATCG (في المواضع 1 و5 و9).

الخطوة 2: احسب كتلة الحمض النووي الإجمالية. التركيز × الحجم = 10 × 20 = 200 ng.

الخطوة 3: التحويل إلى مولات. 200 ng = 2 × 10⁻⁷ g. تُقسم على (12 زوجًا قاعديًا × 660 غرام/mol) = 7,920 غرام/mol. وينتج عن ذلك 2.53 × 10⁻¹¹ mol.

الخطوة 4: التحويل إلى عدد الجزيئات. يُضرب الناتج في عدد أفوغادرو: 2.53 × 10⁻¹¹ mol × 6.022 × 10²³ جزيئًا/مول ≈ 1.52 × 10¹³ جزيء DNA.

الخطوة 5: الضرب في عدد مرات الظهور. 3 × 1.52 × 10¹³ ≈ 4.56 × 10¹³، أي نحو 45,621,212,121,212 نسخة.

يبدو هذا العدد هائلًا لأن عينة حجمها 20 μL بتركيز 10 ng/μL لا تزال تحتوي على تريليونات من جزيئات DNA القصيرة. وعادةً ما تستخدم العينات الحقيقية تسلسلات أطول بكثير، ما يقلل عدد الجزيئات للكتلة نفسها.

مجالات استخدام تحليل عدد نسخ DNA

تشخيص السرطان. تفحص مختبرات علم الأمراض عدد نسخ HER2 في أنسجة أورام الثدي. وتحمل الخلية الطبيعية نسختين. وقد يحمل الورم المضخّم ست نسخ أو أكثر، ما يؤثر في أهلية استخدام أدوية موجّهة مثل تراستوزوماب.

اختبار الأمراض الوراثية. تنطوي حالات مثل متلازمة دي جورج على حذف جزء من كروموسوم. وتنطوي متلازمة داون على نسخة إضافية من الكروموسوم 21 (التثلث الصبغي 21). ويساعد عدّ النسخ في تأكيد هذه التشخيصات.

التقدير الكمي للجينات المنقولة والبلازميدات. يفحص الباحثون عدد نسخ الجين المُدخل التي دخلت إلى خلية نباتية أو حيوانية أو بكتيرية. وعادةً ما تكون النسخة الواحدة مفضلة، لأن النسخ المتعددة قد تحفّز الخلية على إسكات الجين.

مراقبة مسببات الأمراض والحمل الفيروسي. تقدّر أعداد النسخ كمية DNA الفيروسي أو البكتيري الموجودة في العينة، ويُستخدم ذلك في مراقبة العدوى والاختبارات البيئية.

طرق أخرى لقياس عدد النسخ

تقدّم هذه الحاسبة تقديرًا سريعًا اعتمادًا على بيانات التسلسل والتركيز. أما المختبرات التي تحتاج إلى دقة أكبر فتستخدم عادةً إحدى الطرق الآتية:

• تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي (qPCR): يضخّم DNA ويقيسه في الوقت الفعلي؛ وتبلغ دقته نحو 15–20% عند استخدام منحنى معياري جيد.
• تفاعل البوليميراز المتسلسل الرقمي (dPCR): يقسّم العينة إلى آلاف التفاعلات الصغيرة للعدّ المباشر، من دون الحاجة إلى منحنى معياري.
• التهجين الموضعي الفلوري (FISH): يعدّ التسلسلات بصريًا تحت المجهر مباشرةً في الخلايا أو الكروموسومات؛ وهو الطريقة المعيارية في كثير من مختبرات تشخيص السرطان.
• تسلسل الجيل التالي (NGS): يُجري تسلسل العينة كاملةً ويحدّد عدد النسخ على امتداد الجينوم دفعة واحدة.

الأسئلة الشائعة

ما عدد نسخ DNA؟ هو عدد مرات ظهور تسلسل DNA معيّن في جينوم أو عينة. تظهر معظم الجينات البشرية مرتين، مرة من كل والد. ويمكن أن تؤثر النسخ الإضافية أو المفقودة في الصحة وخطر الإصابة بالأمراض.

ما مدى دقة هذه الحاسبة؟ تقدّم تقديرًا نظريًا يستند إلى المدخلات المقدمة، وليس قياسًا مخبريًا. وتعتمد الدقة على مدى دقة قياس التركيز ومدى خصوصية التسلسل المستهدف. وتكون طرق مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل الرقمي أكثر دقة للنتائج المنشورة.

هل يمكن استخدام هذه الحاسبة مع RNA؟ لا. يستخدم RNA اليوراسيل بدلًا من الثايمين وسكرًا مختلفًا، لذلك يختلف وزنه الجزيئي عن الوزن الجزيئي لـDNA. ويبلغ متوسط الكتلة الجزيئية لـRNA نحو 330 غرام/mol لكل نيوكليوتيد، مقارنةً بنحو 660 غرام/mol لكل زوج قاعدي في DNA. وسيؤدي استخدام معادلة DNA على بيانات RNA إلى نتيجة خاطئة.

لماذا يُحتسب التسلسل المتداخل أكثر من مرة؟ تعدّ الحاسبة كل موضع يتطابق فيه التسلسل المستهدف، حتى إذا اشتركت التطابقات في بعض الأحرف. ففي ATATAT، يتطابق التسلسل ATA مرتين، في الموضع 1 والموضع 3، لأن كل موضع بداية يُفحص بصورة مستقلة.

ما نطاق تركيز DNA الأفضل؟ تعطي التراكيز التي تتراوح بين 10–100 ng/μL أكثر القراءات موثوقيةً على أجهزة المختبر القياسية. وتزداد أخطاء القياس عند أقل من 10 ng/μL، ويُوصى باستخدام طريقة أكثر حساسية، مثل المقياس الفلوري، بدلًا من المقياس الطيفي الضوئي القياسي.

هل يمكن لهذه الحاسبة تقدير عدد نسخ البلازميد؟ نعم. أدخل تسلسل البلازميد الكامل بوصفه تسلسل DNA، ومنطقة فريدة من الجزء المُدخل بوصفها التسلسل المستهدف، إلى جانب تركيز البلازميد المقاس وحجم العينة.