ORIGINAL

TRANSLATION            

Genetic Engineering

In this section we shall present a brief review of DNA sequencing techniques. The most recent critical reviews of the existing DNA sequencing technologies are given in [1, 2]. All presently used DNA sequencing techniques can be divided in the following major groups:

Electrophoretic sequencing is essentially the classical Sanger method based on cycle-sequencing reaction producing dideoxyribonucleotide triphosphate- (ddNTP-) terminated [3] fragments (Sanger et al., 1977) followed by capillary electrophoresis (CE). Heavily drawing on the advances of microfabrication techniques developed by the semiconductor industry, research groups of Dr. Mathies and BioMEMS lab are using lithography-based multiplexing, integration and miniaturization to create hundreds of microchambers and microchannels in a single on-chip device that integrates DNA amplification, purification and sequencing [4]. As these approaches are based on successful high-throughput CE methods, they achieved comparably high accuracy and a read length of ~800 bp [5]. The main advantage of the CE based DNA sequencing is long read length (up to 1000 bp at single bp resolution). The main disadvantage is high sequencing cost because of relatively low parallelism (typically, CE based DNA sequencing systems are limited to few hundred channels).

  The gray area on the upper panel in Fig.13 corresponds to condition  (or ). If this condition is satisfied, for any given size  of the DNA fragment and any given  (Y-intercept of the dotted line with the curve  bases), we can find a corresponding minimum injection width , (X-intercept of the dashed line on the upper panel), which is needed for keeping the amplitude of the detected peak  above the detection threshold . As soon as we know , we can find the minimum detection length , which can resolve the injected DNA bands with the threshold resolution  (middle panel, Y intercept of the dotted line). In order to determine whether or not a capillary of the fixed length is able to resolve the DNA bands of  we analyze the Y-intercept of the dotted line in the lower panel. If this intercept is within the gray area on the graph, it means that given detection length (50 cm in our calculations) can provide the peak resolution higher than .

Генетика

            В данном разделе представлен краткий обзор существующих методов секвенирования ДНК. Критический обзор новейших существующих технологий секвенирования ДНК рассмотрен в [1, 2]. Все используемые в настоящее время методы секвенирования ДНК можно подразделить на следующие основные группы:

            Электрофоретическое секвенирование является по сути классическим методом Сэнгера, основанным на реакции цикличе-ского секвенирования, в результате которой возникают терминирующие фрагменты ddNTP (дидеоксирибонуклеотидтрифосфат) [3] (Сэнгер и др., 1977), с последующим капиллярным электрофорезом (КЭ). В значительной мере опираясь на достижения в области микротехнологий, разработанных полупроводниковой промышленностью, исследовательские группы д-ра Матиса и BioMEMS, при помощи литографического мультиплексирования, интеграции и миниатюризации, создают сотни микрокамер и микроканалов в единичном он-чип устройстве, интегрирующем амплификацию, очистку и секвенирование ДНК [4]. Использование подхода, основанного на успешных высокопроизводительных методах КЭ, позволило им добиться сравнительно высокой степени точности и длины «чтения» порядка 800 пн [5]. Основным преимуществом КЭ секвенирования ДНК является большая длина «чтения», достигающая 1000 пн с единичным пн разрешением. К основным недостаткам данного метода можно отнести высокую стоимость, связанную с относительно невысоким числом одновременно обрабатываемых образцов секвенирования (обычно КЭ секвенаторы ДНК ограничены несколькими сотнями каналов).

Серая область в верхней части рисунка 13 соответствует условию  (или ). Если это условие удовлетворя-ется для любого данного размера  фрагмента ДНК и любого данного  (отрезок, отсекаемый на оси Y пунктирной линией, опущенной с кривой для нуклеотидов ), то мы можем вычислить соответствующую минимальную ширину инжекции , (отрезок на оси X, отсекаемый штриховой линией, в верх-ней части рисунка), необходимую для поддержания амплитуды регистрируемого пика  выше порога детекции . Получив , мы сможем вычислить минимальную длину детекции , которая может разлагать инжектированные полосы ДНК на составляющие при пороговой разрешающей способности  (средняя часть рисунка, отрезок на оси Y,отсекаемый пунктирной линией). Для того, чтобы определить способен ли капилляр заданной длины разлагать полосы ДНК  на составляющие, следует проанализировать отрезок на оси Y, отсекаемый пунктирной линией, в нижней части рисунка. Если этот отрезок находится в пределах серой области графика, это означает, что данная длина детекции (по нашим расчетам 50 см) может обеспечить разрешающую способность пика выше .