Ion semiconductor sequencing
آئن سیمی کنڈکٹر سیکوینسنگ ڈی این اے کی ترتیب کا ایک طریقہ ہے جو ڈی این اے کی پولیمرائزیشن کے دوران خارج ہونے والے ہائیڈروجن آئنوں کا پتہ لگانے پر مبنی ہے۔ یہ "ترکیب کے ذریعے ترتیب" کا ایک طریقہ ہے، جس کے دوران ٹیمپلیٹ اسٹرینڈ کی ترتیب کی بنیاد پر ایک تکمیلی اسٹرینڈ بنایا جاتا ہے۔ ایک مائکرو ویل جس میں ایک ٹیمپلیٹ ڈی این اے اسٹرینڈ ہوتا ہے جس کی ترتیب دی جانی ہے اس میں ڈی آکسی ریبونوکلیوٹائڈ ٹرائی فاسفیٹ (ڈی این ٹی پی) کی ایک ہی نوع بھر جاتی ہے۔ اگر متعارف کرایا گیا ڈی این ٹی پی معروف ٹیمپلیٹ نیوکلیوٹائڈ کی تکمیل کرتا ہے، تو اسے بڑھتے ہوئے تکمیلی اسٹرینڈ میں شامل کیا جاتا ہے۔ یہ ایک ہائیڈروجن آئن کی رہائی کا سبب بنتا ہے جو ایک ISFET آئن سینسر کو متحرک کرتا ہے، جو اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ ایک رد عمل واقع ہوا ہے۔ اگر ہوموپولیمر ریپیٹس ٹیمپلیٹ کی ترتیب میں موجود ہیں، تو ایک ہی سائیکل میں متعدد ڈی این ٹی پی مالیکیولز کو شامل کیا جائے گا۔ یہ جاری شدہ ہائیڈروجن کی اسی تعداد اور متناسب طور پر زیادہ الیکٹرانک سگنل کی طرف لے جاتا ہے۔ یہ ٹیکنالوجی ترتیب کے لحاظ سے ترکیب کی دیگر ٹیکنالوجیز سے مختلف ہے جس میں کوئی ترمیم شدہ نیوکلیوٹائڈز یا آپٹکس استعمال نہیں کیا جاتا ہے۔ آئن سیمی کنڈکٹر سیکوینسنگ کو آئن ٹورنٹ سیکوینسنگ، پی ایچ-میڈیٹڈ سیکوینسنگ، سلکان سیکوینسنگ، یا سیمی کنڈکٹر سیکوینسنگ بھی کہا جا سکتا ہے۔ ٹیکنالوجی کی ترقی کی تاریخ ٹیکنالوجی کو ڈی این اے الیکٹرانکس لمیٹڈ سے لائسنس یافتہ کیا گیا تھا، جسے آئن ٹورنٹ سسٹمز انکارپوریٹڈ نے تیار کیا تھا اور اسے فروری 2010 میں جاری کیا گیا تھا۔ آئن ٹورنٹ نے اپنی مشین کو ایک تیز رفتار، کمپیکٹ اور کفایتی سیکوینسر کے طور پر فروخت کیا ہے جسے بڑی تعداد میں لیبارٹریوں میں بینچ ٹاپ مشین کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ روچے کی 454 لائف سائنسز اس ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے ایک طویل پڑھے ہوئے، اعلی کثافت والے سیمی کنڈکٹر سیکوینسنگ پلیٹ فارم کی ترقی پر ڈی این اے الیکٹرانکس کے ساتھ شراکت داری کر رہی ہے۔ ٹیکنالوجی سیکوینسنگ کیمسٹری فطرت میں، بڑھتے ہوئے ڈی این اے اسٹرینڈ میں ڈی آکسی ریبونیوکلیوسائڈ ٹرائی فاسفیٹ (ڈی این ٹی پی) کو شامل کرنے میں کوولینٹ بانڈ کی تشکیل اور پائروفاسفیٹ اور مثبت طور پر چارج شدہ ہائیڈروجن آئن کی رہائی شامل ہے۔ ایک ڈی این ٹی پی صرف اس صورت میں شامل کیا جائے گا جب یہ معروف غیر جوڑے والے ٹیمپلیٹ نیوکلیوٹائڈ کی تکمیل کرے۔ آئن سیمی کنڈکٹر سیکوینسنگ ان حقائق کا فائدہ اٹھاتے ہوئے اس بات کا تعین کرتی ہے کہ آیا رد عمل کو ڈی این ٹی پی کی ایک ہی نوع فراہم کرنے پر ہائیڈروجن آئن خارج ہوتا ہے یا نہیں۔ ایک سیمی کنڈکٹر چپ پر مائکرو ویل جس میں ہر ایک میں ایک سنگل اسٹرینڈڈ ٹیمپلیٹ ڈی این اے مالیکیول کی بہت سی کاپیاں ہوتی ہیں جن کی ترتیب دی جانی ہے اور ڈی این اے پولیمرس کو ترتیب سے غیر تبدیل شدہ اے، سی، جی یا ٹی ڈی این ٹی پی سے بھر دیا جاتا ہے۔ اگر کوئی متعارف شدہ ڈی این ٹی پی ٹیمپلیٹ اسٹرینڈ پر اگلے غیر جوڑے والے نیوکلیوٹائڈ کی تکمیل کرتا ہے تو اسے ڈی این اے پولیمریز کے ذریعے بڑھتے ہوئے تکمیلی اسٹرینڈ میں شامل کیا جاتا ہے۔ اگر متعارف شدہ ڈی این ٹی پی تکمیلی نہیں ہے تو کوئی انضمام اور کوئی بائیو کیمیکل رد عمل نہیں ہے۔ رد عمل میں خارج ہونے والا ہائیڈروجن آئن محلول کے پی ایچ کو تبدیل کرتا ہے، جس کا پتہ آئی ایس ایف ای ٹی کے ذریعے لگایا جاتا ہے۔ غیر منسلک ڈی این ٹی پی مالیکیول اگلے سائیکل سے پہلے دھوئے جاتے ہیں جب ایک مختلف ڈی این ٹی پی پرجاتیوں کو متعارف کرایا جاتا ہے۔ مائیکرو ویل کی پرت کے نیچے سگنل کا پتہ لگانے والی ایک آئن حساس پرت ہوتی ہے، جس کے نیچے ایک آئی ایس ایف ای ٹی آئن سینسر ہوتا ہے۔ تمام پرتیں سی ایم او ایس سیمی کنڈکٹر چپ کے اندر موجود ہوتی ہیں، جیسا کہ الیکٹرانکس انڈسٹری میں استعمال ہوتا ہے۔ ہر چپ میں متعلقہ آئی ایس ایف ای ٹی ڈٹیکٹرز کے ساتھ مائکرو ویل کی ایک صف ہوتی ہے۔ ہر خارج شدہ ہائیڈروجن آئن پھر آئی ایس ایف ای ٹی آئن سینسر کو متحرک کرتا ہے۔ چپ سے کمپیوٹر میں منتقل ہونے والی برقی دالوں کی سیریز کو ڈی این اے کی ترتیب میں ترجمہ کیا جاتا ہے، جس میں انٹرمیڈیٹ سگنل کے تبادلے کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔ چونکہ نیوکلیوٹائڈ کے شامل ہونے کے واقعات کو براہ راست الیکٹرانکس کے ذریعے ماپا جاتا ہے، اس لیے لیبل والے نیوکلیوٹائڈز اور نظری پیمائش کے استعمال سے گریز کیا جاتا ہے۔ اس کے بعد سافٹ ویئر میں سگنل پروسیسنگ اور ڈی این اے اسمبلی کی جا سکتی ہے۔ ترتیب کی خصوصیات فروری 2011 تک آئن ٹورنٹ آئن سیمی کنڈکٹر سیکوینسر پر آئن ٹورنٹ کے ذریعہ گھر میں حاصل کردہ فی بیس درستگی 99.6% 50 بیس ریڈز پر مبنی تھی، جس میں 100 ایم بی فی رن تھا۔ فروری 2011 تک پڑھنے کی لمبائی 100 بیس جوڑے تھے۔ لمبائی میں 5 تکرار کے ہومو پولیمر تکرار کی درستگی 98 فیصد تھی۔ بعد کی ریلیزز 400 بیس جوڑوں کی پڑھنے کی لمبائی دکھاتی ہیں۔ ان اعداد و شمار کی ابھی تک کمپنی سے باہر آزادانہ طور پر تصدیق نہیں ہوئی ہے۔ طاقت آئن سیمی کنڈکٹر سیکوینسنگ کے بڑے فوائد تیز ترتیب کی رفتار اور کم پیشگی اور آپریٹنگ اخراجات ہیں۔ یہ ترمیم شدہ نیوکلیوٹائڈز اور نظری پیمائش سے بچنے کی وجہ سے ممکن ہوا ہے۔ چونکہ نظام قدرتی پولیمریز کی ثالثی میں نیوکلیوٹائڈ شامل کرنے کے واقعات کو ریکارڈ کرتا ہے، اس لیے ترتیب حقیقی وقت میں ہو سکتی ہے۔ حقیقت میں، ترتیب کی شرح نظام کے ذریعے سبسٹریٹ نیوکلیوٹائڈز کی سائیکلنگ سے محدود ہوتی ہے۔ ٹیکنالوجی کے ڈویلپر، آئن ٹورنٹ سسٹمز انکارپوریٹڈ کا دعوی ہے کہ ہر انضمام کی پیمائش میں 4 سیکنڈ لگتے ہیں اور ہر دوڑ میں تقریبا ایک گھنٹہ لگتا ہے، جس کے دوران 100-200 نیوکلیوٹائڈز کی ترتیب دی جاتی ہے۔ اگر سیمی کنڈکٹر چپس کو بہتر بنایا جاتا ہے (جیسا کہ مور کے قانون کی پیش گوئی کی گئی ہے)، تو فی چپ ریڈز کی تعداد (اور اس لیے فی رن) میں اضافہ ہونا چاہیے۔ لانچ کے وقت آئن ٹورنٹ سسٹمز انکارپوریٹڈ سے پی ایچ کی ثالثی میں سیکوینسر حاصل کرنے کی لاگت تقریبا 50,000 امریکی ڈالر تھی، جس میں نمونہ تیار کرنے کا سامان اور ڈیٹا تجزیہ کے لیے سرور شامل نہیں تھا۔ فی رن کی لاگت بھی متبادل خودکار ترتیب کے طریقوں کے مقابلے میں نمایاں طور پر کم ہے، تقریبا 1,000 ڈالر۔ حدود اگر ہوموپولیمر اسی نیوکلیوٹائڈ کو دہراتا ہے (مثال کے طور پر) ٹیمپلیٹ اسٹرینڈ پر موجود ہوتے ہیں (سٹرینڈ کو ترتیب دیا جانا ہے) پھر متعدد متعارف شدہ نیوکلیوٹائڈز کو شامل کیا جاتا ہے اور ایک ہی چکر میں زیادہ ہائیڈروجن آئن جاری کیے جاتے ہیں۔ اس کے نتیجے میں زیادہ پی ایچ تبدیلی اور متناسب طور پر زیادہ الیکٹرانک سگنل ہوتا ہے۔ یہ نظام کی ایک حد ہے جس میں طویل تکرار کی گنتی کرنا مشکل ہے۔ یہ حد دیگر تکنیکوں کے ذریعہ مشترکہ ہے جو واحد نیوکلیوٹائڈ کے اضافے کا پتہ لگاتے ہیں جیسے پائروسیکوینسنگ۔ ایک اعلی تکرار نمبر سے پیدا ہونے والے اشاروں کو ایک جیسی لیکن مختلف تعداد کے تکرار سے الگ کرنا مشکل ہے۔ مثال کے طور پر، لمبائی 7 کے ہم تکرار کو لمبائی 8 کے اشاروں سے الگ کرنا مشکل ہے۔ اس نظام کی ایک اور حد دوسرے ترتیب کے طریقوں جیسے سینگر ترتیب یا پائروسیکوینسنگ کے مقابلے میں مختصر پڑھنے کی لمبائی ہے۔ نووو جینوم اسمبلی کے لیے طویل پڑھنے کی لمبائی فائدہ مند ہوتی ہے۔ آئن ٹورنٹ سیمی کنڈکٹر سیکوینسر فی ریڈ تقریبا 400 نیوکلیوٹائڈز کی اوسط پڑھنے کی لمبائی پیدا کرتے ہیں۔ تھرو پٹ فی الحال دیگر ہائی تھرو پٹ سیکوینسنگ ٹیکنالوجیز کے مقابلے میں کم ہے، حالانکہ ڈویلپرز چپ کی کثافت میں اضافہ کرکے اسے تبدیل کرنے کی امید کرتے ہیں۔ آئن ٹورنٹ سیمی کنڈکٹر سیکوینسنگ کے ڈویلپرز نے اسے ایک تیز رفتار، کمپیکٹ اور کفایتی سیکوینسر کے طور پر مارکیٹنگ کی ہے جسے بڑی تعداد میں لیبارٹریوں میں بینچ ٹاپ مشین کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ کمپنی کو امید ہے کہ ان کا نظام ترتیب کو خصوصی مراکز سے باہر اور اسپتالوں اور چھوٹی لیبارٹریوں کی پہنچ میں لے جائے گا۔ جنوری 2011 میں نیویارک ٹائمز کا ایک مضمون، "ڈی این اے سیکوینسنگ کو عوام تک لے جانا"، ان عزائم کو اجاگر کرتا ہے۔ زیادہ سے زیادہ پڑھنے کی لمبائی حاصل کرنے کے لیے متبادل ترتیب کے طریقوں کی صلاحیت کی وجہ سے (اور اس وجہ سے پورے جینوم تجزیہ کے لیے زیادہ موزوں ہونے کی وجہ سے) یہ ٹیکنالوجی چھوٹے پیمانے کے ایپلی کیشنز جیسے مائیکروبیل جینوم ترتیب، مائیکروبیل ٹرانسکرپٹوم ترتیب، ٹارگیٹڈ ترتیب، ایمپلیکن ترتیب، یا ترتیب لائبریریوں کے معیار کی جانچ کے لیے بہترین موزوں ہو سکتی ہے۔ حوالہ جات بیرونی روابط آئن ٹورنٹ ویب پیج ڈی این اے الیکٹرانکس لمیٹڈ ویب پیج نیویارک ٹائمز مضمون بائیوٹیکنالوجی ڈی این اے ترتیب کے طریقے سالماتی حیاتیات